仲氫誘導超極化增強核磁共振技術：從原理到應用

王忻昌，江文龍，黃程達，孫惠軍，曹曉宇，田中群，陳 忠*

1. 廈門大學電子科學與技術學院，福建 廈門 361005 2. 廈門大學化學化工學院，固體表面物理化學國家重點實驗室，能源材料化學協同創新中心，福建 廈門 361005

引 言

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技術是一種原位實時、高分辨的非侵入式表征手段，能提供原子化學環境、偶合、化學鍵連接、原子空間距離和分子尺寸等重要結構信息[1]，已在化學生物分子表征、醫學成像方面得到廣泛應用。雖然NMR技術已發展幾十年，但因其檢測靈敏度低，要求樣品濃度較高、采集時間偏長，限制了其更廣泛的應用。NMR技術靈敏度低的最根本原因是核自旋態能級差小，導致高低自旋態能級間粒子數差僅為10-5數量級。即使提高超導磁場強度(>10 T)和將射頻線圈冷卻到超低溫(4 K)，對NMR靈敏度的提升仍很有限，因此大幅提高NMR靈敏度是一項挑戰性很強的工作。

為了提高原子核自旋態高低能級的布居數差，可將外源性粒子的超極化狀態傳遞到目標分子的原子核[2]，使后者達到超極化狀態。目前主流的超極化方法有動態核極化(dynamic nuclear polarization，DNP)、自旋交換光泵(spin-exchange optical pumping, SEOP)等。雖然這些方法可有效提高NMR的靈敏度，但成本高(昂貴的設備費和維護費)且操作步驟繁瑣，對專業技術要求很高。為此發展低成本、易操作、普適性強的超極化NMR靈敏度增強技術具有重大意義[3]。

最近仲氫(p-H2)誘導增強超極化技術成為廣泛關注的熱點[4]，其具有設備成本低、原料易得、操作簡便、極化效率高等優點，可望在應用領域大范圍推廣。p……