Enhancement of NMR sensitivity by light-induced spin polarisation and its application to solvation shell observation

本研究は、広い学問分野で利用されているNMR分光法について、その感度増強の実現を目的としている。この技術開発により、微量の化学物質NMR計測や、局所的なNMR観測に資する基礎的な知識を得ることを目指す。そのために、申請者が発見したラジカルと三重項分子の衝突過程でラジカルに大きな電子スピン分極が生じる現象を利用する。電子スピン分極は、周囲にある物質の核スピンに影響し、オーバーハウザー効果によって核スピンを分極させる。この現象については、本国際共同研究の重要な研究相手である英国Huddersfield大学のWedge博士が専門としており、彼らの研究チームの装置および知見を有効に生かす。本研究2年目は、コロナ禍の影響が和らぎ、対面による国際交流が再開し始める環境になり始めたため、英国チームの来日、および日本チームの渡英が実現した。英国チームの研究情報によれば、ラジカルを利用したNMR信号増強過程にアミノ酸などの添加物が影響し、特にグリシンの影響が大きい。しかしその原因は解明されていない。この効果がラジカルの電子スピン分極発生時に働いているのかを調べるため、英国チームが来日して共同実験を行った。ニトロキシドとキサンテン色素の系のレーザー励起で発生する電子スピン分極強度をパルスESR法で正確に測定し、その大きさをラジカル三重項対機構のモデルで解析した。英国チームの来日後、その成果にもとづいて、アミノ酸以外にイオン強度が影響する可能性が指摘された。そのため、NaClなどの塩を添加した場合の電子スピン分極発生やラジカルスピン緩和時間の変化を計測した。特にNaClの添加でラジカルのスピン緩和時間が長くなる興味深い結果が得られた。この知見に基づいて、日本チームが英国を訪問し、NaCl添加によるNMR信号増強の度合いについての実験を日英共同で行った。3年目も引き続きデータを収集する。

本研究は、広い学問分野で利用されているNMR分光法について、その感度増強の実現を目的としている。この技術開発により、微量の化学物質NMR計測や、局所的なNMR観測に資する基礎的な知識を得ることを目指す。そのために、申請者が発見したラジカルと三重項分子の衝突過程でラジカルに大きな電子スピン分極が生じる現象を利用する。電子スピン分極は、周囲にある物質の核スピンに影響し、オーバーハウザー効果によって核スピンを分極させる。この現象については、本国際共同研究の重要な研究相手である英国Huddersfield大学のWedge博士が専門としており、彼らの研究チームの装置および知見を有効に生かす。本研究2年目は、コロナ禍の影響が和らぎ、対面による国際交流が再開し始める環境になり始めたため、英国チームの来日、および日本チームの渡英が実現した。英国チームの研究情報によれば、ラジカルを利用したNMR信号増強過程にアミノ酸などの添加物が影響し、特にグリシンの影響が大きい。しかしその原因は解明されていない。この効果がラジカルの電子スピン分極発生時に働いているのかを調べるため、英国チームが来日して共同実験を行った。ニトロキシドとキサンテン色素の系のレーザー励起で発生する電子スピン分極強度をパルスESR法で正確に測定し、その大きさをラジカル三重項対機構のモデルで解析した。英国チームの来日後、その成果にもとづいて、アミノ酸以外にイオン強度が影響する可能性が指摘された。そのため、NaClなどの塩を添加した場合の電子スピン分極発生やラジカルスピン緩和時間の変化を計測した。特にNaClの添加でラジカルのスピン緩和時間が長くなる興味深い結果が得られた。この知見に基づいて、日本チームが英国を訪問し、NaCl添加によるNMR信号増強の度合いについての実験を日英共同で行った。3年目も引き続きデータを収集する。