NMR分光法とESR分光法の違い

🧠 NMRは核スピン spinスピン（spin） spin（スピン）、ESRESR（erythrocyte sedimentation rate）は不対電子スピン spin スピン（spin） spin（スピン） のゼーマン Zeeman ゼーマン（Zeeman） Zeeman（ゼーマン） 準位間遷移を測る。 基本式は共通だが、電子の磁気モーメント magnetic moment 磁気モーメント（magnetic moment） magnetic moment（磁気モーメント） が核より大きいため、必要な電磁波 electromagnetic wave 電磁波（electromagnetic wave） electromagnetic wave（電磁波） の周波数帯と得られる情報が異なる。

共通する共鳴原理

核磁気共鳴と電子スピン spin スピン（spin） spin（スピン） 共鳴（electron spin resonance; ESR、EPRともいう）は、いずれも静磁場で分裂した磁気準位に電磁波 electromagnetic wave 電磁波（electromagnetic wave） electromagnetic wave（電磁波） を与え、

を満たすときの吸収を観測する。これはラーモア歳差運動Larmor precession ラーモア歳差運動（Larmor precession）Larmor precession（ラーモア歳差運動） と共鳴条件に共通する物理である。

観測対象と情報の違い

電子の$|\gamma|$と磁気モーメント magnetic moment 磁気モーメント（magnetic moment） magnetic moment（磁気モーメント） は多くの核より大きく、同じ$B_0$ならESRの共鳴周波数はNMRより高い。したがって「NMRは必ずこの周波数、ESRは必ずこの周波数」と暗記するより、観測粒子の$\gamma$が周波数帯を決めると考える。

flowchart TD
  A["静磁場で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Zeeman'>ゼーマン</span>準位を形成"] --> B{"観測する<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spin'>スピン</span>"}
  B -->|"原子核"| C["RF で NMR"]
  B -->|"不対電子"| D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='microwave'>マイクロ波</span>で <span class='jp-term jp-term-diagram' title='erythrocyte sedimentation rate'>ESR</span>"]
  C --> E["核の化学環境・緩和を解析"]
  D --> F["ラジカル・常磁性中心を解析"]

試料選択と医学的接続

NMRは不対電子を必要とせず、水素核が豊富な生体組織をそのまま信号源にできる。ESRは不対電子をもつ試料に限られるが、酸化ストレスoxidative stress 酸化ストレス（oxidative stress）oxidative stress（酸化ストレス） に関わる短寿命ラジカルやスピン spin スピン（spin） spin（スピン） 標識を選択的に調べられる。

MRIの画像信号はNMRを空間符号化 encoding 符号化（encoding） encoding（符号化） したものであり、画像コントラスト contrast コントラスト（contrast） contrast（コントラスト） には次に扱う縦緩和longitudinal relaxation縦緩和（longitudinal relaxation）longitudinal relaxation（縦緩和）と横緩和が関与する。

まとめ

NMRとESRは観測するスピン spin スピン（spin） spin（スピン） は異なるが、磁場中の準位差と共鳴遷移を用いる。¹²

• NMRとESRはともに、ゼーマンZeeman ゼーマン（Zeeman）Zeeman（ゼーマン） 準位差と電磁波 electromagnetic wave 電磁波（electromagnetic wave） electromagnetic wave（電磁波） が一致する磁気共鳴を利用する。
• NMRは核スピン spinスピン（spin） spin（スピン）、ESRは不対電子スピン spin スピン（spin） spin（スピン） を観測する。
• 磁気回転比の違いが、一般にNMRの高周波 high frequency 高周波（high frequency） high frequency（高周波） 帯とESRのマイクロ波 microwave マイクロ波（microwave） microwave（マイクロ波） 帯を分ける。
• NMRは分子構造・MRI、ESRはラジカル・常磁性中心の解析に強みをもつ。