論文の概要: Chemically resolved nuclear magnetic resonance spectroscopy by longitudinal magnetization detection with a diamond magnetometer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.02140v1
- Date: Tue, 04 Mar 2025 00:16:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-05 19:13:24.981726
- Title: Chemically resolved nuclear magnetic resonance spectroscopy by longitudinal magnetization detection with a diamond magnetometer
- Title（参考訳）: ダイヤモンド磁気センサを用いた長手磁化検出による化学分解核磁気共鳴分光法
- Authors: Janis Smits, Yaser Silani, Zaili Peng, Bryan A. Richards, Andrew F. McDowell, Joshua T. Damron, Maxwell D. Aiello, Maziar Saleh Ziabari, Andrey Jarmola, Victor M. Acosta,
- Abstract要約: 固体スピンに基づく非誘導型磁気センサは、少量の核磁気共鳴(NMR)検出に有望な解決策を提供する。
本研究では,ラムゼイ干渉法を用いて解析者の横スピン前駆体を縦磁化(M_z)に変換するラムゼイ-M_zプロトコルを実証する。
エタノールの1nL検出体積に対してNMR分光を行い、化学シフト構造を無視できる歪みで解決する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Non-inductive magnetometers based on solid-state spins offer a promising solution for small-volume nuclear magnetic resonance (NMR) detection. A remaining challenge is to operate at a sufficiently high magnetic field to resolve chemical shifts at the part-per-billion level. Here, we demonstrate a Ramsey-M_z protocol that uses Ramsey interferometry to convert an analyte's transverse spin precession into a longitudinal magnetization (M_z), which is subsequently modulated and detected with a diamond magnetometer. We record NMR spectra at B0=0.32 T with a fractional spectral resolution of ~350 ppb, limited by the stability of the electromagnet bias field. We perform NMR spectroscopy on a ~1 nL detection volume of ethanol and resolve the chemical shift structure with negligible distortion. Through simulation, we show that the protocol can be extended to fields up to B0=3 T, with minimal spectral distortion, using composite nuclear-spin inversion pulses. For sub-nanoliter analyte volumes, we estimate a resolution of ~1 ppb and concentration sensitivity of ~40 mM s^{1/2} is feasible with improvements to the sensor design. Our results establish diamond magnetometers as high-resolution NMR detectors in the moderate magnetic field regime, with potential applications in metabolomics and pharmaceutical research.
- Abstract（参考訳）: 固体スピンに基づく非誘導型磁気センサは、少量の核磁気共鳴(NMR)検出に有望な解決策を提供する。
残る課題は、パービリオンレベルの化学シフトを解決するために、十分に高い磁場で操作することである。
本稿では,ラムゼイ干渉計を用いたラムゼイ-M_zプロトコルを用いて,解析体の横スピン前駆体を縦磁化(M_z)に変換し,その後ダイヤモンド磁化計で変調・検出する。
NMRスペクトルはB0=0.32Tで、比スペクトル分解能は350 ppbで、電磁界の安定性によって制限される。
我々は,エタノールの1nL検出体積に対してNMR分光を行い,化学シフト構造を無視できる歪みで解決する。
シミュレーションにより、このプロトコルはB0=3Tまでのフィールドに拡張でき、スペクトル歪みが最小限であることを示す。
サブナノリテラル分析量に対しては, 約1 ppbの分解能と, 約40 mM s^{1/2}の濃度感度を推定し, センサ設計の改善を図った。
本研究は、中程度の磁場下での高分解能NMR検出器としてダイヤモンド磁気センサを確立し、メタボロミクスや医薬品研究に応用する可能性がある。
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