論文の概要: DFT-assisted natural abundance 13C zero-field NMR via optical magnetometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.26071v1
• Date: Tue, 28 Apr 2026 19:20:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-30 15:59:36.152061
• Title: DFT-assisted natural abundance 13C zero-field NMR via optical magnetometry
• Title（参考訳）: 光磁気計測によるDFT支援自然存在度13Cゼロ場NMR
• Authors: Blake Andrews, Xiao Liu, Raphael Zumbrunn, Calvin Lee, Sahand Adibnia, Emanuel Druga, Martin Head-Gordon, Ashok Ajoy,
• Abstract要約: ゼロ磁場核磁気共鳴(NMR)分光法は、大きな均一磁場を放出しながら原子核間のスカラーJ結合をプローブする。 ここでは、コンパクトな87Rb磁気センサを用いて、市販の液体に自然吸収(1.1%)13C ZF分光を初めて示す。 装置の進歩により感度が向上し,250-mHzのライン幅と>1週間の安定性が向上し,アイソトポマー分解指紋スペクトルが13分子ライブラリにわたって実現された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.6348358371224085
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Zero-field (ZF) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy probes scalar J-couplings between nuclei while dispensing with large homogeneous magnetic fields, enabling low-cost and geometrically flexible detection, including through conductive enclosures. Despite these advantages, its broader use for chemical analysis has been limited by sensitivity and by the difficulty of predicting the dense spectral multiplets that arise at zero field. Here we demonstrate natural-abundance (1.1%) 13C ZF spectroscopy on off-the-shelf liquids using a compact commercial 87Rb magnetometer for the first time, without hyperpolarization or special sample preparation. Instrumental advances yield improved sensitivity, <250-mHz linewidths and >week-long stability, enabling isotopomer-resolved fingerprint spectra across a 13-molecule library, including the ability to discern rare (0.0121%) doubly 13C-labelled species. In parallel, we demonstrate vibrationally corrected density-functional theory (DFT) based prediction of ZF NMR spectra for chemically diverse molecules with few-hertz accuracy. Comparing experiment with these calculations renders residual deviations as chemically informative, reporting on hydrogen bonding, hydration and ion pairing at high ionic strength. Together, these results contribute towards DFT-assisted ZF NMR as a general platform for field-constraint-free molecular identification and for extracting transient solution-state structure from responsive J-coupling observables.
• Abstract（参考訳）: ゼロフィールド(ZF)核磁気共鳴(NMR)分光法は、核間のスカラーJカップリングをプローブし、大きな均一磁場を排除し、導電性囲いを含む低コストで幾何学的に柔軟な検出を可能にする。 これらの利点にもかかわらず、化学分析の幅広い用途は、感度と、ゼロフィールドで発生する密度の強いスペクトル多重性を予測することの難しさによって制限されてきた。 ここでは, 市販の87Rb磁力計を用いて, 超分極や特別試料を調製することなく, 市販液体の自然吸収 (1.1%) 13C ZF分光法を初めて示す。 装置の進歩により, 感度が向上し, <250-mHzライン幅と>1週間の安定性が向上し, 希少種(0.0121%)を2倍に識別できるなど, アイソトポマー分解型指紋スペクトルが13分子ライブラリにわたって可能となった。 並列に,ZF NMRスペクトルの振動補正密度汎関数理論(DFT)に基づく化学的に多種多様な分子の予測をほとんど精度良く示す。 これらの計算と実験を比較すると、残留偏差は化学的に有益であり、高いイオン強度で水素結合、水和、イオン対が報告される。 これらの結果は、フィールド制約のない分子同定と、応答性Jカップリング可観測物質から過渡的な溶液状態構造を抽出するための一般的なプラットフォームとしてのDFT支援型ZF NMRに寄与する。

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