Para peneliti memanfaatkan spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) untuk menentukan struktur molekul dan interaksi nuklir, menggunakan metode medan tinggi tradisional dan teknik medan nol inovatif, yang menyederhanakan pengaturan eksperimen dan memperluas jenis inti yang dapat dianalisis. Kemajuan terkini telah memungkinkan pengukuran inti kuadrupolar yang tepat menggunakan NMR medan nol, yang menjanjikan peningkatan signifikan dalam aplikasi mulai dari diagnostik medis hingga analisis kimia. Kredit: Oleg Tretiak
Para peneliti di Universitas Mainz dan Universitas California, Berkeleytelah membuat kemajuan signifikan dalam spektroskopi resonansi magnetik nuklir medan nol, yang menetapkan standar baru untuk pembandingan perhitungan kimia kuantum.
Apa struktur molekul tertentu? Dan bagaimana molekul berinteraksi satu sama lain? Para peneliti sering beralih ke spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini. NMR memanfaatkan medan magnet eksternal yang kuat untuk menyelaraskan putaran inti atom. Putaran yang selaras ini kemudian diinduksi untuk berputar oleh medan magnet lemah yang berosilasi yang dihasilkan oleh kumparan.
Perubahan tegangan sebagai hasilnya dapat diubah menjadi frekuensi yang dapat diukur. Berdasarkan hal ini, para peneliti dapat mengidentifikasi struktur molekuler sekaligus mengungkap informasi tertentu tentang interaksi spin nuklir. Akan tetapi, jenis penyelidikan ini memerlukan medan magnet yang sangat kuat yang dihasilkan oleh perangkat masif, yang sulit dipasang dan dirawat. Pada saat yang sama, bahkan dengan peralatan yang rumit seperti itu, masih sulit untuk menganalisis inti kuadrupolar, yang merupakan jenis inti yang paling melimpah di alam.
Dalam kasus resonansi magnetik nuklir medan nol (NMR medan nol), tidak diperlukan medan magnet eksternal yang kuat. Di sini, kopling intramolekul antara spin inti yang aktif secara magnetis merupakan interaksi mekanika kuantum yang dominan.
Garis spektrumnya lebih sempit dan lebih tajam, dan sampel bahkan dapat diselidiki dalam wadah yang terbuat dari logam atau bahan lainnya. Spektroskopi NMR medan nol kini digunakan untuk memantau reaksi dalam wadah logam atau untuk analisis tanaman; spektroskopi ini juga memiliki aplikasi yang menjanjikan dalam bidang kedokteran. Akan tetapi, untuk dapat mengukur interaksi kecil antara putaran, diperlukan perlindungan terhadap medan magnet Bumi, yang merupakan pekerjaan yang rumit.
Pengaturan eksperimen yang sederhana namun lebih tepat
Para peneliti di Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) dan Helmholtz Institute Mainz (HIM), bekerja sama dengan rekan-rekan di University of California, Berkeley, baru-baru ini berhasil mengukur inti quadrupolar menggunakan NMR medan nol. “Kami menganalisis molekul amonium, NH4+kation yang memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi,” kata Dr. Danila Barskiy, kepala tim JGU.
“Kami berharap di masa depan kami akan mampu mendeteksi molekul-molekul ini bahkan di lingkungan yang kompleks, seperti reaktor dan wadah logam.”
Para peneliti berhasil merancang sistem yang melibatkan pencampuran garam amonium dengan air dan penambahan sejumlah deuterium. Spektrum masing-masing kemudian direkam dan dianalisis. Untuk analisis ini, para ilmuwan menggunakan magnetometer yang tersedia secara komersial – tidak lebih besar dari kuku jari – dalam sistem analitis kompak buatan rumah dengan pelindung magnetik.
Pengukuran presisi untuk menguji teori yang ada
Para peneliti juga meneliti pertanyaan menarik lainnya: Sejauh mana jumlah atom deuterium dalam molekul amonium memengaruhi spektrum dan karakteristik relaksasi spin?
Seperti yang ditunjukkan oleh Román Picazo-Frutos, seorang mahasiswa di Institut Fisika JGU dan penulis utama publikasi terkait: “Dengan menggunakan metode kami, frekuensi resonansi dapat ditentukan dengan tingkat presisi yang sangat tinggi. Karena hasil yang dihasilkan oleh teknik ini dapat dibandingkan dengan data eksperimen lainnya, teknik ini dapat digunakan untuk pembandingan perhitungan kimia kuantum. Kami berharap sistem kami akan menjadi praktik standar dalam waktu dekat.”
Meskipun prediksi berdasarkan teori terkini berkorelasi erat dengan hasil yang diperoleh oleh tim, terdapat sedikit penyimpangan. “Pekerjaan yang dilakukan oleh tim telah memperluas jangkauan molekul yang dapat dianalisis melalui teknik NMR medan nol hingga sangat rendah. Bahkan dapat berkontribusi pada pengembangan aplikasi inovatif yang dapat digunakan untuk menyelidiki inti atom dengan nomor atom kecil melalui peluruhan gamma radioaktifnya,” simpul Profesor Dmitry Budker dari JGU.
Referensi: “Spektroskopi J medan nol dari inti quadrupolar” oleh Román Picazo-Frutos, Kirill F. Sheberstov, John W. Blanchard, Erik Van Dyke, Moritz Reh, Tobias Sjoelander, Alexander Pines, Dmitry Budker dan Danila A. Barskiy, 27 Mei 2024, Komunikasi Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41467-024-48390-2
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
