氙气核磁共振技术可以用于脆性材料的

一种新的方法可以使超极化氙气气体溶解进入微量物质样本当中，在不打乱它们的分子顺序的前提下进行NMR光谱分析。...





一种新的方法可以使超极化氙气气体溶解进入微量物质样本当中，在不打乱它们的分子顺序的前提下进行NMR光谱分析。

来自劳伦斯伯克利国家实验室能源部门的科学家开发了一种崭新的装备。该装备可以让核磁共振光谱技术与强大的分子感应器相互配合，分析各种溶液和液态晶这样脆性材料当中分子之间的相互作用。他们首次让感应器、超极化氙气气体溶解到微量物质样本内，同时不会破坏样本中分子的排列顺序。这种技术为那些异常脆弱乃至无法采用氙气进行测试分析的材料带来了一种全新的超极化氙气分析方法。这种方法让科研人员了解更多关于高性能聚合物、工业生产使用的过滤器和催化剂以及液晶显示器的奥秘。

图片向我们简单描绘了这种技术奏效的方法。超极化129Xe这种气体可以感应样本中的分子顺序，并逐渐扩散至充满粘稠液体的中空纤维膜。不同的化学环境，包括状态（气态、液态或者固态）和分子排列类型，对应高分辨129Xe气体化学位移，在图片上的反应就是不同颜色的氙气原子。

“我们的装置以一种新的稳健的方式将超极化嫌弃气体引入到样本当中，而且还不会对样本的分子排序产生干扰影响”， Pines说，“这种方法可以帮助我们使用NMR分析技术研究粘稠或者脆性材料的新种类，还可以用于结构更加复杂的体系中所包含的材料，比如合成粘膜和生物细胞。”

NMR光谱技术使用超导磁铁对样本中原子核自旋的对齐方式施加极化作用。当射频脉冲发挥作用时，原子核发生翻转，当射频脉冲释放之后，原子核恢复到原来的对其位置，这样就可以产生这些样本的特性频率。这个频率被NMR探测器转换成光谱图，光谱图可以读取样本材料中分子的种类、分布状态以及反应状态。很多时候，样本当中只有少部分原子核自旋可以被极化，这主要是受到NMR敏感性的限制。一种可以加强NMR信号强度和敏感度的方式就是对原子核自旋施加超极化作用，这也意味着原子核的极化会超过自身的热平衡条件。同位素129Xe的超极化作用相对比较简单，并可以带来强大的NMR信号，同时对周围环境的改变很小。同位素129Xe被NMR吹进所需分析的材料当中，然后氙气原子核的螺旋体将会向科研人员反馈样本物质内部的情况。

但是超极化氙气气体存在一种非常大的潜在限制问题：当这个气体被吹入粘稠的溶液中或者分子排列材料当中时，汽包的爆裂会伤害样本，有时候甚至会将样本摧毁。Berkeley实验室的科学家们已经攻克了这方面的难题。他们的方法就是将超极化氙气气体溶解到脆性样本中，不会对样本的分子排序造成无法挽回的破坏。被研究样本放置于空心硅胶模纤维中。氙气在柱体中扩散开来，只有柱体当中的氙气用于分析。获取NMR信号后，氙气从柱体中往外扩散，主体中的气体由新的气体被取代。

科学家也利用这个装置通过液晶性能对树军体进行分析。这意味着该技术可以被广泛地应用于生物材料的分析。

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