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

光致自旋极化增强核磁共振灵敏度及其在溶剂化壳层观察中的应用

• 批准号: 21KK0093
• 负责人: 河合 明雄
• 金额: $ 12.15万
• 依托单位: Kanagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-10-07 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21KK0093/
• 关键词: スピン分極; ラジカル三重項対機構; レーザー励起; パルスESR; ニトロキシドラジカル; キサンテン色素; 三重項消光; NMR感度増強; 光励起; NMR; ESR; 溶媒和

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。

This study は, hiroo い learning eset で using さ れ て い る NMR spectrometry に つ い て, そ の sensitivity raised strong の purpose be presently を と し て い る. こ の technology open 発 に よ り NMR, trace の chemical measuring や, bureau of な NMR 観 に endowment す る foundation knowledge of な を must る こ と を refers す. そ の た め に, applicants が 発 see し た ラ ジ カ ル と triple a molecular の conflict process で ラ ジ カ ル に big き な electronic ス ピ ン points born extremely が じ る phenomenon を using す る. Electronic ス ピ ン extremely は, zhou 囲 に あ る material の nuclear ス ピ ン に influence し, オ ー バ ー ハ ウ ザ ー unseen fruit に よ っ て nuclear ス ピ ン を points very さ せ る. こ の phenomenon に つ い て は, this international joint research important な の hand で あ る Dr. The university of Huddersfield の Wedge が 専 door と し て お り, bel ら の research チ ー ム の device お よ び knowledge を have sharper に raw か す. This study 2 years は, コ ロ ナ disaster の が and ら ぎ, polices に よ る international communication open another beginning し が め る environment に な り beginning め た た め, Britain チ ー ム の, future お よ び Japan チ ー ム の crosse the が be presently し た. British チ ー ム の research intelligence に よ れ ば, ラ ジ カ ル を using し た NMR signal raised strong に ア ミ ノ acid な ど の additives が influence し, に グ リ シ ン の が affected き い. <s:1> そ そ そ cause されて explanation されて な な. こ の unseen fruit が ラ ジ カ ル の electronic ス ピ ン points when born extremely 発 に 働 い て い る の か を adjustable べ る た め, Britain チ ー ム が し future て jointly be 験 を line っ た. ニ ト ロ キ シ ド と キ サ ン テ ン pigment の is の レ ー ザ ー wound up で 発 raw す る electronic ス ピ ン polarization intensity を パ ル ス ESR で に correct method to determine the し, そ の big き さ を ラ ジ カ ル triple a moral agency の モ デ ル で parsing し た. British チ ー ム の later, そ の results に も と づ い て, ア ミ ノ acid outside に イ オ ン strength が す る possibility が blame さ れ た. そ の た め, NaCl な ど の salt を add し た occasions の electronic ス ピ ン points born extremely 発 や ラ ジ カ ル ス ピ ン time の variations change を measuring し た. In addition to にNaCl, でラジカ, でラジカ, スピ, <s:1>, the easing time is が long, くなる, and the interest is deep. The result is が and られた. こ の knowledge に base づ い て, Japan チ ー ム が British を access し, NaCl add に よ る NMR signal raised strong の degrees or い に つ い て の be 験 を day English common で っ た. Published in 続 続 デ タを タを タを in the 3rd year of publication する.

项目成果

Stepwise generation of spin-polarized radicals and their reactions in the photolysis of an oxime ester compound as studied by pulsed EPR spectroscopy

脉冲 EPR 光谱研究肟酯化合物光解中自旋极化自由基的逐步产生及其反应

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2023.114690
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry
• 作者: Hirona Takahashi;Hiroki Hirano;Akio Kawai
• 通讯作者: Akio Kawai

一重項酸素の時間分解ESR計測

单线态氧的时间分辨 ESR 测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Sasamori Takahiro;Ueno Hiromu;Morisako Shogo;河合明雄
• 通讯作者: 河合明雄

Pulsed EPR Study of the Initial Steps of Radical-Scavenging Reactions of C70 with Diphenylphosphine Oxide, Hydroxycyclohexyl, and 2-Hydroxypropyl Radicals

C70 与二苯基氧化膦、羟基环己基和 2-羟丙基自由基清除自由基反应初始步骤的脉冲 EPR 研究

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c03398
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Hiroki Hirano;Hirona Takahashi;Akio Kawai
• 通讯作者: Akio Kawai

Pulsed ESR spectroscopic study on the reactions of photochemically generated free radicals and fullerenes

光化学产生的自由基与富勒烯反应的脉冲ESR光谱研究

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Hirano;H. Takahashi;M. Mori;A. Nagata;Y. Kawai;and A. Kawai
• 通讯作者: and A. Kawai

フェノール系抗酸化剤とラジカルの反応に対するパルスESR法による機構解明と速度定数決定

使用脉冲 ESR 方法阐明酚类抗氧化剂与自由基之间的反应机理并测定速率常数

• 发表时间: 2022
• 作者: 丸茂海斗;平野弘樹;河合明雄
• 通讯作者: 河合明雄