📄 Показана версия «Просто» — «Популярно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Спектр вещества — его отпечаток пальцев. Обычно, чтобы его снять, образец помещают в сильное магнитное поле, как в томографе. Но есть способ обойтись вовсе без магнита: регистрировать сигнал от ядер атомов при нулевом поле. До сих пор этот метод страдал от слабой чувствительности, а его сложные спектры было трудно предсказать.

Авторы новой работы взяли обычные жидкости — те, что стоят на полке в лаборатории, — и впервые сняли их спектры при нулевом поле, используя углерод-13 в его естественном количестве (всего 1,1% всех атомов углерода). Для этого не понадобилось ни специальной подготовки образца, ни дорогого усиления сигнала. Прибор — компактный магнитометр на парах рубидия — оказался настолько чувствительным, что различил даже молекулы с двумя редкими атомами углерода-13, которых в образце лишь 0,0121%. Линии в спектре получились узкими (менее 250 миллигерц), а прибор стабильно работал больше недели.

Параллельно учёные научились предсказывать эти спектры с помощью квантово-химических расчётов, учитывающих колебания молекул. Точность предсказания — единицы герц. Сравнение расчёта с экспериментом оказалось полезным само по себе: расхождения показали, где молекула образует водородные связи, как она гидратируется в воде или образует ионные пары в крепком солевом растворе.

Такой подход открывает путь к дешёвому и гибкому анализу веществ: можно заглядывать внутрь металлических контейнеров, не нужен громоздкий сверхпроводящий магнит. А расчёты помогают не только опознать молекулу, но и понять, с кем она общается в растворе.