這是一種潛在破壞性的新技術(shù)，正是因為它具有無中斷性：能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的科學(xué)家開發(fā)出一種裝置，可以使核磁共振(核磁共振)光譜與強大的分子傳感器相結(jié)合，分析粘性溶液和易碎材料(如液晶)中的分子相互作用。

首先，他們的方法允許傳感器超極化氙氣溶解到微小的物質(zhì)樣品中而不破壞它們的分子順序。

該技術(shù)將超極化氣體NMR的分析能力帶到太脆弱的材料，不能通過鼓泡或搖動接受氙氣，這是傳統(tǒng)的輸送方法。它可以幫助科學(xué)家更多地了解用于工業(yè)過程的高級聚合物，過濾器和催化劑，以及液晶顯示器，僅舉幾例。

該研究在核磁共振先驅(qū)Alexander Pines的實驗室進行，他是伯克利實驗室材料科學(xué)部的高級教員科學(xué)家和加州大學(xué)伯克利分校的Glenn T. Seaborg化學(xué)教授。Ashley Truxal和Clancy Slack是加州大學(xué)伯克利分校的研究生和伯克利實驗室材料科學(xué)部門的成員，他們與其他幾位科學(xué)家一起進行了這項研究。

“我們的設(shè)備提供了一種新的，強大的方法，可以將超極化氙氣引入樣品中，而不會干擾其分子的順序，”Pines說。“這將使我們能夠使用核磁共振來研究新型粘性和易碎材料，以及分層聚合成更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的材料，如合成膜和生物細胞。”

與其成像表兄磁共振成像(MRI)一樣，NMR光譜使用超導(dǎo)磁體來極化樣品中核自旋的排列。當施加射頻脈沖時，原子核的自旋翻轉(zhuǎn)然后松弛回到對準，這產(chǎn)生它們自己的特征頻率。通過NMR檢測器將頻率轉(zhuǎn)換成材料中分子的類型，分布和反應(yīng)狀態(tài)的光譜讀數(shù)。

然而，通常，樣品中只有一小部分核自旋極化，這極大地限制了NMR的靈敏度。提高核磁共振信號強度和靈敏度的一種方法是使核自旋超極化，這意味著核極化遠遠超出其熱平衡條件。同位素氙-129相對容易超極化，并且響應(yīng)于其周圍環(huán)境的微小變化而產(chǎn)生大的NMR信號。它被鼓泡成科學(xué)家希望用NMR分析的材料，氙核的旋轉(zhuǎn)報告了內(nèi)部的內(nèi)容。

但是超極化氙氣具有一個很大的局限性：當它被鼓泡成粘性溶液或分子排列的物質(zhì)時，氣泡會破壞樣品，有時甚至會破壞它。

伯克利實驗室的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)克服了這一局限。他們的方法將超極化氙氣溶解成脆弱的樣品，而不會對其分子序列造成嚴重破壞。以下是它的工作原理：將要研究的樣品放在空心硅樹脂膜纖維內(nèi)。氙氣通過色譜柱擴散，只分析色譜柱內(nèi)的氙氣。獲得NMR信號，并且氙氣從柱中擴散出來，由新氣體代替。

“我們的系統(tǒng)基本上可以使氙氣進出柱子，因此信號源會不斷補充，”Truxal說。“除了對樣品無破壞性外，該方法還需要非常少量的樣品，因此NMR分析非常有效。”

科學(xué)家已經(jīng)證明了他們采用傳統(tǒng)技術(shù)無法通過超極化氙氣探測的兩種材料的無中斷方法。在一個示例中，他們使用該裝置來跟蹤MBBA(有機液晶)中的相變。

“準確了解液晶經(jīng)歷相變的時間和原因可以幫助我們利用這些特性，例如，可能會產(chǎn)生更好的電子顯示器，”Truxal說。

科學(xué)家們還使用該裝置分析具有液晶特性的噬菌體，表明該技術(shù)可應(yīng)用于各種生物材料。