【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所固體核磁共振及前沿應用研究組(524組)侯廣進研究員團隊開發了高效靈敏度增強固體核磁脈沖技術，命名為DEER-INEPT(Dipolar-echo Edited R-symmetry sequence Insensitive Nuclear Enhancement by Polarization Transfer)。該技術通過高效1H→X極化轉移，實現了對X=17O、27Al、31P、71Ga等核的高靈敏檢測，并應用于1H-X二維相關譜的高效采樣及1H-X核間距精準測量。相比于現有方法，DEER-INEPT可將檢測靈敏度提高2.6至16.3倍，相應的可節省6.8至266倍的實驗時間。
核磁共振對局域化學環境高度敏感，是重要的材料表征手段。但核自旋能級裂分小，躍遷吸收能量弱；且在固體中，被晶格束縛的原子核會出現強烈譜線展寬，降低信號強度。這兩種因素共同導致固體核磁共振目前仍受到低探測靈敏度的限制。更重要的是，在元素周期表中，約有75%的元素具有核自旋>1/2的核素(即“四極核”)。這些四極核，如10B、17O、27Al、31P、47Ti、65Zn、71Ga等，在各類材料中廣泛存在，且其核磁低靈敏度通常較低。因此，發展四極核靈敏度增強技術，對提高固體核磁共振的探測能力具有重要意義。
本工作中，侯廣進團隊創新地提出偶極回波(Dipolar-Echo)概念，并發展出了新的極化轉移脈沖序列DEER-INEPT。該方法可將原子核在磁場中的極化，傳遞給空間臨近的其他種類原子核(即“異核極化轉移”)。相比現有方法，DEER-INEPT在復雜實驗條件及樣品結構中表現出了高穩定性及效率。在一系列富含氫元素樣品體系的1H→X(X=17O、27Al、31P、71Ga)極化轉移實驗中，DEER-INEPT實現了高效的X譜靈敏度增強，與現有方法相比，檢測靈敏度提升了2.6 至16.3倍，采樣效率則相應提高了6.8 至266倍，實現了對17O、27Al、71Ga等四極核探測靈敏度的數量級提升。此外，DEER-INEPT還實現了高效的X→1H反式采樣，高分辨1H-X二維譜采樣，以及精準1H-X核間距測量。因此，該方法不僅實現了高效靈敏度增強，還可用于建立高效高分辨多維譜技術，并提取材料關鍵結構參數，提升了固體核磁對低靈敏度核的表征能力。
相關研究成果以“Highly Efficient Heteronuclear Polarization Transfer by Dipolar-Echo Edited R-Symmetry Sequences in Solid-State NMR”為題，發表在《化學科學》(Chemical Science)上。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、我所創新基金等項目的資助。(文/圖 梁力鑫)
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