二次元NMR（にじげんエヌエムアール）は核磁気共鳴 (NMR) 分光法のひとつの手法であり、2D-NMRとも略称する。測定結果であるスペクトルは横軸を被測定核の化学シフトとし縦軸を測定法による種々のパラメーターとした2次元平面の各点の強度として示される。二次元NMRスペクトルのピークは両パラメータ軸への平行線の交点に現れるという意味から交差ピークまたはクロスピークと呼ばれる。縦軸のパラメーターの種類とクロスピークの出現機構により非常にたくさんの二次元NMR測定の種類が考えられ実際に使用されている。普通は後述の対角ピークは交差ピークには含まない。さらにパラメーター軸を追加した3次元NMRや多次元NMRも開発され使用されている。通常のNMRを多次元NMRと特に区別したい場合には「1次元NMR (1D-NMR)」と呼ぶことがある。FT-NMR（フーリエ変換 NMR、Fourier Transform NMR）において一番簡単な測定では1個の励起パルスの直後からFID（Free Induction Decay, 自由誘導減衰）を観測するが、FIDの前に一連のパルスおよびパルス間隔を入れて測定することで特徴あるスペクトルが得られる。この一連のパルス列を「パルスシーケンス (pulse sequence)」と呼び、2D-NMRではパルスシーケンスの中のあるパルス間隔の長さを変えた複数の1D-NMRスペクトルを得る。この長さ可変な期間を展開期 (evolution period) と呼び、2D-NMRではひとつの軸にFID期間中の時間 "t"、他方の軸に展開期間中の時間 "t" を示す時間領域 (time-domain) スペクトルが得られる。時間領域スペクトルの両軸をフーリエ変換して周波数領域 (frequency-domain) スペクトルを得る。パルスシーケンス中で展開期がFIDより先であるため、伝統的に展開期を "t" で示しFIDを "t"で示す。"t "と "t" に対応した周波数領域スペクトルの両軸はそれぞれ "F" および "F" と表す。パルスシーケンスによりクロスピークの出現機構が変わり、さまざまな種類の測定法が考えだされている。1971年に (Jean Jeener) が二次元NMRの着想を発表した。リヒャルト・R・エルンストはこれを基に二次元フーリエ変換分光法を開発した。エルンストはフーリ変換NMRと多次元NMRの開発における業績で1991年にノーベル化学賞を受賞した。2D-NMRでのデータ処理の中で、1D-NMRにはない2D-NMR固有の処理について述べる。2D-NMRスペクトルのある軸に平行な複数の1D-スペクトルに和などの演算をほどこしてひとつの1D-スペクトルを作り出す処理。ここでスペクトルの和というのは、異なるスペクトルの同一座標の強度値の和を結果のスペクトルの当該座標の値とする演算をいう。つまりスペクトルデータを座標軸上のデータ点数だけの次元のベクトル量と見なした時のベクトル和をいう。単純に和を取る処理が最もよく使われ、この場合ノイズは平均化されて減少するためS/N比も改善される。和の他の演算としては、複数の1D-スペクトル中の最大値を取るものも使われる。単に投影と言えば、ある軸に平行な全ての1D-スペクトルに処理をほどこす場合を指すことが多い。それに対して、あるシグナルが存在する範囲だけなどの一定範囲の1D-スペクトルのみを投影に使うこともある。その一定範囲が狭い場合は、１個の1D-スペクトルのみを取り出す、つまり断面(cross section)を取り出す処理に近くなる。投影処理は以下のような場合に有用である。2つの軸が同じ種類の量である2D-NMR(例えばHH-COSY)のスペクトルでは、原点を通る傾き45度の対角線に関して対称な点は原理的に同一値である。ゆえにその観測値に違いがあれば、それは測定誤差やノイズであると考えられる。このことを利用して、対角線に対して対称な点同士の値が異なるものは消すような処理を行えばノイズを減らせると考えられる。この処理が対称化である。具体的な演算には様々な方法がある。

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