Низкопольное ЯМР. Введение.

Низкопольное ЯМР. Введение.

 

Что такое ЯМР низкого поля??

Приборы ЯМР можно разделить на следующие категории в зависимости от силы магнитного поля.:

>3.0T ---ЯМР с высокой напряженностью поля.

1.0Т-3,0Т — ЯМР средней напряженности поля..

0.1T-1.0T — ЯМР низкой напряженности поля.

<0.1T — ЯМР со сверхнизкой напряженностью поля.

ЯМР в слабом поле в основном относится к приборам ЯМР с относительно низкой напряженностью магнитного поля.. Технология ЯМР в низком поле имеет очень широкий спектр применения и продолжает расширяться.. Технология низкопольного ЯМР в основном основана на четырех аспектах анализа и обнаружения образцов.:

(1) анализ и обнаружение на основе амплитуды сигнала.

(2) на основе анализа и обнаружения изображений (двумерное распределение сигналов).

(3) Анализ и обнаружение на основе времени релаксации.

(4) Анализ и обнаружение на основе коэффициента диффузии.

Технология ЯМР в низком поле все более широко используется в продовольственном сельском хозяйстве., геологоразведка, нефтехимический, биомедицина, материаловедение и многие другие области, и стал важным инструментом анализа и тестирования.

На рисунке ниже показан прибор ЯМР низкого поля с напряженностью магнитного поля 0,5 Тл.:

Разница между ЯМР в низком поле и ЯМР в сильном поле

Прибор ЯМР высокого поля в основном используется для проверки химической структуры молекул и получения информации о внутренней структуре молекул посредством химических сдвигов..

ЯМР слабого поля в основном используется для проверки динамической информации между молекулами и получения информации о молекулярном движении и информации о взаимодействии между молекулами через время релаксации.; область исследований относится к субмикроскопической области (между молекулами), который может измерить стекло. Широко используется в пищевой промышленности, нефтяная промышленность, фармацевтическая индустрия, текстильная промышленность, полимерная промышленность, и т. д..

ЯМР высокого поля имеет высокую чувствительность., высокое разрешение, и высокое соотношение сигнал/шум, но для этого требуется высокая однородность выборки, жидкость необходимо деионизировать, твердое вещество должно быть порошком, и инструмент дорогой, для установки требуется место, и необходимы защитные устройства. Прибор требует охлаждения жидким азотом или жидким гелием., и стоимость последующего обслуживания очень высока.

В ЯМР слабого поля используются постоянные магниты., оборудование миниатюризировано, гибкий и легко перемещаемый, простой в обслуживании, легко интегрируется с другим оборудованием или аксессуарами, и соответствовать требованиям онлайн-тестирования с высокой пропускной способностью. Прибор ЯМР низкого поля имеет низкую стоимость., и внутренняя часть прибора экранирована, поэтому место установки не требует специальной обработки. Идеально подходит для поточного технологического контроля, промышленный контроль качества и проверка качества.

Принцип технологии низкопольного ЯМР

Технология ЯМР в слабом поле в основном обнаруживает протоны H, но также может использоваться для тестирования сигнала фтора.. После того, как H-содержащий образец возбуждается определенной радиочастотой, генерируется сигнал ЯМР. Сигнал H соответствует двум основным параметрам, Т1 и Т2. Путем тестирования времени релаксации Т1 и Т2 и моделирования, его можно использовать в пищу, сельское хозяйство, разведка нефти, полимеры, содержание твердого жира… многие аспекты исследования. Был разработан ряд методов для формирования стандартных и отраслевых методов..

Благодаря низкой стоимости оборудования, ЯМР в низком поле имеет относительно низкий порог для исследования и использования, имеет очень широкий спектр применения и постоянно расширяется.. Потому что технология ЯМР-анализа имеет много преимуществ., например, высокая скорость, высокая точность, за одно измерение можно получить несколько параметров, без потери образца, простая подготовка проб, отсутствие воздействия на здоровье оператора и окружающую среду, и т. д., изначально использовались многие другие традиционные методы обнаружения. Применение этих методов исследуется с использованием технологии ЯМР..

Архитектура прибора ЯМР низкого поля

Прибор низкопольного ЯМР разделяется по составляющим его компонентам., в основном включая промышленный компьютер, система спектрометра, радиочастотный блок, блок градиента, магнитный шкаф и блок контроля температуры. Состоит из пяти основных частей: градиентная система, магнит, и система постоянной температуры. Среди них, промышленный компьютер отвечает за получение инструкций оператора, и генерирует различные управляющие сигналы через программное обеспечение для генерации последовательностей для передачи различным компонентам системы спектрометра для координации., а также завершает обработку данных, задачи хранения, реконструкции и отображения изображений; радиочастотная система в основном отвечает за передачу последовательности радиочастотных импульсов и прием сигнала выборки; градиентная система в основном отвечает за создание градиентного магнитного поля; Магнит в основном отвечает за обеспечение однородного и стабильного основного магнитного поля.; система постоянной температуры в основном отвечает за контроль температуры в магнитном шкафу.

 

Применение низкопольных ЯМР-приборов

1). Применение низкопольного ЯМР в пищевой сфере:

◆ Тест на содержание твердых жиров в пальмовом масле, сливочное масло и другие масла и жиры (СФК, Содержание твердого жира)

◆ Проверка содержания масла и влажности масличных семян и остатков семян

◆ Содержание твердых жиров в шоколаде и шоколадных продуктах.

◆ Общее содержание жира

◆ Анализ размера капель эмульсий масло в воде и вода в масле.

◆ Содержание масла, содержание воды и белка во влажных и сухих кормах и кормах

◆ Температура стеклования пищевых продуктов

◆ Исследование изменения температуры пищевых продуктов (режим подогрева еды, термическая денатурация, процесс приготовления)

◆ Исследование процесса хранения продуктов питания, миграция и распределение влаги

◆ Экспресс-тест содержания влаги в печенье

◆ Тест на содержание масла в сухих закусках

◆ Исследования по гидратации гелей

◆ Исследование изменения качества в процессе сушки и регидратации.

2). Применение низкопольного ЯМР в сельском хозяйстве:

◆ Тест на содержание влаги в растительном масле

◆ Исследования процесса прорастания семян

◆ Автоматическая селекция масличных культур (сортировка по содержанию масла)

◆ Исследование изображений корней растений

◆ Исследования по сушке сельскохозяйственной продукции

3). Применение низкопольного ЯМР в текстильной промышленности:

◆ Содержание масла в волокне

◆ Содержание полимерного покрытия

◆ Измерение фторированных покрытий на волокнах и текстиле.

4). Применение низкопольного ЯМР в материальной промышленности:

◆ Содержание полипропилена, растворимого в ксилоле

◆ Плотность и кристалличность полиэтилена

◆ Содержание каучука в полимерах, таких как акрилонитрил-бутадиен-стирол и полистирол.

◆ Плотность сшивки эластомера

◆ Содержание нефти в пробах порошка серы

◆ Содержание каучука в полистироле

◆ Содержание наполнителя для асфальтовой черепицы

◆ Содержание фторида кальция во флюорите

◆ Содержание пластификатора в поливинилхлориде (ПВХ)

◆ Измерение плотности полиэтилена

◆ Тест молекулярной массы полимера

◆ Тест на содержание влаги в цеолите

◆ Содержание масла в аммиачном масле

◆ Проверка содержания жира в сточных водах

◆ Измерение содержания фтора в фторсодержащем оксиде алюминия.

◆ Исследование плотности сшивки каучука

◆ Динамическая оценка процесса старения и отверждения полимера.

◆ Исследование свойств полимеров в условиях переменной температуры.

◆ Оценка модификации полимера

◆ Анализ мягких и твердых сегментов полимера.

◆ Исследования гидрофильности и гидрофобности материалов, и исследование процесса водопоглощения

◆ Исследование размера пор и распределения пор мембранных материалов по размерам.

◆ Анализ миграции влаги в мембранных материалах

◆ Оценка гидратации гелевых материалов.

◆ Исследование размера пор древесины и распределения пор по размерам.

◆ Содержание фтора в зубной пасте

◆ Тающие свойства косметики

5). Применение низкопольного ЯМР в нефтехимической промышленности:

◆ Содержание водорода в углеводородах

◆ Содержание масла в воске/парафине

6). Применение низкопольного ЯМР в фармацевтической промышленности.

◆ Содержание жира и мышц у живых мышей и крыс.

◆ бесконтактное взвешивание

◆ Содержание влаги и растворителей в порошках и таблетках

◆ Время релаксации контрастного вещества, скорость релаксации, визуализация in vitro, МРТ in vivo

◆ In vivo крыса, мышь МРТ, мультимодальная визуализация

7). Применение низкопольного ЯМР в суспензионной системе:

◆ Релаксация микроэмульсии

◆ Адсорбционное поведение смешанных полимерных систем.

◆ Конкурентная адсорбция полимеров на диоксиде кремния.

◆ Процесс осаждения титаната бария

◆ Наночастицы золота и серебра ускоряют эффект старения

◆ Удельная поверхность системы взвешенных частиц

◆ Оценить влияние процесса измельчения на площадь поверхности суспензии.

◆ Площадь поверхности суспензии карбида кремния

◆ Поведение релаксации суспензии смешанных частиц

◆ Релаксационное поведение фармацевтического сырья в процессе измельчения.

◆ Измерение размера капель

◆ Исследования по контролю качества порошков и процесса диспергирования.

8). Применение ЯМР слабого поля в геотехнической энергетике.:

◆ Пористость, распределение пор по размерам, проницаемость, тестирование насыщения

◆ Исследование закона и механизма механических повреждений.

◆ Анализ состояния влажности почвы, миграция влаги, и содержание незамерзшей воды в мерзлой почве

◆ Исследования общей влажности осадка и распределения влажности на разных уровнях.

◆ Исследование процесса очистки осадка

◆ Тестирование водопоглощения, просачивание воды, Водоудерживающая способность и водонепроницаемость строительных материалов

◆ Исследования процесса твердения цемента

9). Применение низкопольного ЯМР в области пористых материалов:

◆ Исследование распределения пор по размерам

◆ Исследование размера апертуры

◆ Испытание размера нанопор при низкой температуре