利用金刚石磁力计进行纵向磁化检测的化学分辨核磁共振波谱

基于固态自旋的非感应式磁力计为小体积核磁共振(NMR)检测提供了一种有前景的解决方案。面临的一个挑战是，需要在足够高的磁场下工作，以分辨十亿分之一级别的化学位移。在此，我们展示了一种 Ramsey-M_z 协议，该协议使用 Ramsey 干涉测量将分析物的横向自旋进动转化为纵向磁化(M_z)，随后用金刚石磁力计对其进行调制和检测。我们在 B0=0.32 T 下记录了 NMR 谱，分数光谱分辨率约为 350 ppb，受限于电磁体偏置磁场的稳定性。我们对约 1 nL 检测体积的乙醇进行 NMR 波谱分析，并以可忽略的失真分辨出化学位移结构。通过模拟，我们表明使用复合核自旋反转脉冲，该协议可扩展至高达 B0=3 T 的磁场，且光谱失真极小。对于亚纳升级别的分析物体积，我们估计通过对传感器设计的改进，可实现约 1 ppb 的分辨率和约 40 mM s^{1/2} 的浓度灵敏度。我们的结果确立了金刚石磁力计作为中等磁场强度下高分辨率 NMR 探测器的地位，在代谢组学和制药研究中具有潜在应用。