| 研究課題/領域番号 |
23K04673
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
飯島 隆広 山形大学, 学士課程基盤教育院, 教授 (20402761)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 核磁気共鳴 / 固体 / 重水素 / 常磁性 / 固体NMR |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体NMR分光法のなかでも重水素核（2H）の固体NMRは，固体物質・材料における分子の静的構造だけでなく動的構造（分子運動）を調べるための極めて有力な方法である。しかし，これまでの研究対象は反磁性化合物が圧倒的多数であり，常磁性化合物に対しては，不対電子の影響により測定及び解析が困難となることから，研究報告例は極僅かであり，得られる情報も限られていた。本研究では，高精度な構造解析を目指し，これまでの固体重水素NMR法を拡張・発展させる。
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| 研究実績の概要 |
固体NMR分光法のなかでも重水素核（2H）の固体NMRは，固体物質・材料における分子の静的構造だけでなく動的構造（分子運動）を調べるための極めて有力な方法である。しかし，これまでの研究対象は反磁性化合物が圧倒的多数であり，常磁性化合物に対しては，不対電子の影響により測定及び解析が困難となることから，研究報告例は極僅かであり，得られる情報も限られていた。本研究では，高精度な構造解析を目指し，これまでの固体重水素NMR法を拡張・発展させる。
昨年度は，新規なラジオ波パルス列の照射による二面体角決定法の開発に取り組み，適切なパルス列を設計した。本年度は，相互作用を分離する新たな方法の開発に取り組んだ。具体的にはパルス列の設計を検討した。重水素核のNMRの特徴として，核四極相互作用が大きいために（コヒーレントな）磁化の減衰が速い点やラジオ波パルスによる制御が困難という点がある。そこで，パルス列の設計指針を以下のようにした。（I）パルスの数は可能な限り少なくする。（II）各パルスは高強度にする。（III）2Hの多量子コヒーレンスを生成して情女性相互作用のみを選択的に取り出せるようにする。これらを満たすパルス列を考案し，数値解析のためのプログラム開発を行った。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度はC－C…C－Hの二面体角決定法の開発に，そして2年目は，初年度の研究を実施する中で思いついた相互作用分離法の開発に取り組んだ。いずれにおいても，主な開発内容はパルス列の設計である。重水素核のNMRの特徴として，核四極相互作用が大きいために（コヒーレントな）磁化の減衰が速い点やラジオ波パルスによる制御が困難という点がある。そこで，パルス列の設計指針を以下のようにした。（I）パルスの数は可能な限り少なくする。（II）各パルスは高強度にする。（III）二面角決定法では13Cと2Hの間で，また，相互作用分離法では2Hの多準位の中で多量子コヒーレンスを生成する。二面角決定法ではさらに次の2点も加わる。（IV）間接次元の中間地点で13Cと2Hに180゜パルスを照射し，コヒーレンスのロスなしで常磁性の効果を除去する。（V）1Hはデカップリングして13Cと2Hの磁化の時間発展に影響を与えないようにする。
これらを満たすパルス列として，二面角決定法では，1Hから13Cへの交差分極の後，13Cの信号取り込みまでの中間地点で180°パルスを照射するものを考案した。同じタイミングで，2Hにも180°パルスを照射する。また，180°パルスの前後t1/2のタイミングで2Hへ90°パルスを照射し，その時間発展をt1軸とする。1Hは，交差分極後は，信号取り込み完了までデカップリングを続ける。これにより，間接軸は2Hの核四極相互作用，直接軸は13Cの化学シフト異方性のみの効果によって磁化が時間推進する。相互作用分離法では，励起パルスで多量子コヒーレンスを生成し，変換パルスで単量子コヒーレンスへと戻す。本パルス列により所望の結果が得られるかを確かめるため，数値計算用のプログラム開発を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
相互作用分離法について，数値計算シミュレーションにより有効性を確かめていく。パルス条件が決まったら，NMRシステムに組み込む。重水素化したCoSiF6・6D2Oなどのサンプルを調製し，パルス条件を最適化して所望のスペクトルを得たい。
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