永久磁石式核磁気共鳴分光計（えいきゅうじしゃくしきかくじききょうめいぶんこうけい）は、分子の構造や運動状態などの性質を調べるための永久磁石を用いた核磁気共鳴分光計である。
概要 核磁気共鳴の研究の黎明期には永久磁石を使用した核磁気共鳴分光計が使用されていたが、感度や分解能が不十分で超伝導磁石を使用した機種の普及により、廃れていた。しかし、近年、希土類磁石の開発や信号処理関係の発展、液体ヘリウムの補充が不要でランニングコストの安さ等の複数の理由により、2000年代以降、再び、各国で開発が進められる。
核磁気共鳴分光計では外部磁場をかけるための磁石は、永久磁石や超伝導磁石が用いられ、電磁石を用いた装置は以前は作成されていたが、現在は使われていない。磁場が強力になるほど、スピン状態間のエネルギー差が大きくなり、その占有率の差が大きくなるため感度が上がる。またラーモア周波数は磁場に比例するため、接近した周波数を持つピーク同士の分解能も高くなる。そのため、非常に強力な磁場を発生させることが可能な超伝導磁石を使う装置が主流となっている。磁石の発生させている磁場の強度はその磁場におけるプロトンのラーモア周波数で表現される。例えば の磁場を発生させる磁石は の磁石と称される。
永久磁石を用いた装置は円盤型の永久磁石を2枚平行に並べて均一な磁場を発生させる方式やハルバッハ配列を用いる事により磁場強度を高める方式がある。永久磁石を2枚平行に並べる場合、永久磁石は横に並べるので、発生する磁場は水平方向となっている。現在、使用される永久磁石を用いた装置は大半がからの機種である。今となっては感度や分解能が超伝導磁石式よりも著しく劣るので研究目的として使用される機会は少なくなっているものの、永久磁石を備える装置は比較的コンパクトにまとまることや磁石自体をメンテナンスする必要が少ないという利点〔超伝導磁石は定期的に、液体ヘリウムや液体窒素を補充しなければならない〕があり、そのため、品質保証のためのルーチン分析などの用途やそれほど厳密な測定を必要としない分野や学生実験、病理検査、化学反応の監視などに使用される。永久磁石は温度により磁場が変動したりシムコイルによる磁場の調整ができないため磁場の不均一性により信号が乱れる欠点もあるポータブルNMR。この欠点を克服するため、希土類磁石を円筒状のハルバッハ配列に配置することで単1乾電池の大きさの装置で非常に一様な の磁場が実現でき、可搬式のNMR分光計が開発されている。近年は各社から永久磁石式NMR分光計が発売される。
その後、一時期は永久磁石式核磁気共鳴分光計が普及するかと予想されたものの、2020年代半ばの時点での普及は依然、限定的な状態に留まっている。これは後述の欠点が利点を上回るからだと推測される。これらの欠点を克服するため液体窒素の温度で超伝導状態を維持できるバルク状高温超電導体を用いた装置も開発が進みつつあり、液体ヘリウム冷却方式と比較して遜色ない水準の磁場の強度、均一性、安定性、試料空間の大きさを実現する事例も散見され、今後の普及が期待されるMotoki, Takanori. "卓上小型 NMR/MRI に適するリング状強力高温超伝導バルク磁石の創製."金錫範. "液体窒素冷却の小型 NMR 用高温超伝導バルクマグネットの開発." 低温工学 52.1 (2017): 11-17.。
超伝導磁石式と比較した時の利点 超伝導磁石式と比較して液体ヘリウムのような冷媒が不要で維持費が安い。。 磁場の強度が弱いので専用の設置室が不要、安全性が高い。
超伝導磁石式と比較した時の欠点 分解能、感度が劣る。
主な用途 学生の実習 化学反応の監視 品質管理 医療機関での検査
脚注
参考文献
関連項目 構造決定 スペクトルデータベース 構造生物学 分光法 機器分析化学 分析化学 核磁気共鳴画像法 リン31NMR
外部リンク OPENCORE NMRプロジェクト Table-top NMR A 1-Ton Device in a Beirfcase Micro-NMR Device Uses Smartphone to Diagnose Cancer Faster, More Accurately