Forskere lærer, hvordan man får ilt til at fungere for dem

Når det kommer til det grundlæggende ved at lave bedre materialer-stærkere, men tyndere glas til fjernsyn eller telefonskærme, for eksempel - det kommer næsten altid ned på videnskabens byggesten. Forstå strukturen omkring et atom, det mest basale stykke af ethvert materiale, og du kan muligvis ændre dette materiale til det bedre.

Men at studere atomer kan være svært, især for visse elementer. En særlig isotop af ilt, for eksempel, er notorisk vanskelig for forskere at evaluere, fordi det bedste værktøj til jobbet - noget der kaldes nuklear magnetisk resonansspektroskopi - ikke holder isotoperne i bevægelse længe nok til at studere det godt.

"Vi ville se på ilt, men at få detaljer om iltstrukturer har været udfordrende i årenes løb, fordi vi ikke kunne observere disse iltisotopers kollektive adfærd længe nok, "sagde Philip Grandinetti, en professor i Ohio State University Department of Chemistry and Biochemistry.

Tænk på det som en stadionbølge - hvis kun én person laver bølgen, og gør det kun i et par sekunder, bølgen vil ikke være særlig mærkbar. Men hvis alle på et stadion bølger, og holder det i gang i et par minutter eller mere, det kan være muligt at lære nogle ting om bølgen, fordi du kan se det ske og måle specifikke elementer om det:dets hastighed, for eksempel, eller procentdelen af ​​mennesker iført skarlagen eller grå, mens de gør det.

Et team af forskere ved Ohio State har fundet ud af, hvordan man holder "bølgen" af en bestemt iltisotop - blandt de mest forekommende elementer på planeten og en afgørende byggesten for materialer som glas og keramik - i gang under nuklear magnetisk resonansspektroskopi længe nok til at lære nogle ting om dets struktur og funktion.

"Og at forstå strukturen omkring ilt giver dig mulighed for at skabe bedre materialer af det - bedre glas, bedre keramik, sagde Grandinetti, som også er seniorforfatter af en undersøgelse om opdagelsen, der blev offentliggjort mandag, 28. oktober kl. i journalen Fysisk gennemgang B .

For at forstå nuklear magnetisk resonansspektroskopi, overvej en legetøjstop. Slip toppen med et svirp af dit håndled, og toppen snurrer næsten vinkelret på den overflade, hvorpå den drejer. Men skub det med din finger, og vinklen, som toppen snurrer om, begynder at ændre sig. Denne vinkelændring er noget forskere kalder "prækession" - og det samme sker med atomer, der evalueres ved hjælp af nuklear magnetisk resonansspektroskopi.

For at studere denne særlige isotop af ilt, ilt 17, ved hjælp af en nuklear magnetisk resonansspektroskopimaskine, forskere "ramte" atomerne med radiobølger, ændre den vinkel, som isotoper foregår om.

Hvad de fandt ud af er, at vinklen betyder noget, især for en oxygen 17 -isotop:I lige de rigtige vinkler, isotopernes "bølge" varer meget længere, end det er typisk. Som regel, denne "bølge" varer kun få millisekunder - næsten ingenting. Men Grandinetti og hans team opdagede, hvordan man kan forlænge iltens "bølge" - hvad de kalder nuklear magnetisk resonans kohærens levetid - op til fem minutter. Det skaber et meget større vindue, hvor forskere kan studere isotopen. Denne forlængelse af levetiden fører til en million gange reduktion i den tid, der kræves til at foretage en O-17 NMR-måling.

"Det er den slags byggestenvidenskab, der hjælper forskere med at designe bedre materialer, "Sagde Grandinetti." Jo længere forskere kan studere denne isotop, jo mere de kan lære om det. Og derefter er verden din østers - du kan begynde at lære at bruge dette element til at gøre materialer stærkere, eller lettere, eller hvad du end har brug for det. "