水泥水化过程的水-低场核磁分析技术

水泥水化过程的水-低场核磁分析技术

水泥加水拌合后成为既有可塑性又有流动性的水泥浆,同时产生水化,随着水化反应的进行,逐渐失去流动能力到达“初凝”.待完全失去可塑性,开始产生结构强度时,即为“终凝”.随着水化,凝结的继续,浆体逐渐转变为具有一定强度的坚硬固体水泥石,即为硬化。

水泥与水拌合后,其颗粒表面的熟料矿物立即与水发生化学反应,各组分开始溶解,形成水化物,放出一定热量,固相体积逐渐增加。

水化是水泥产生凝结硬化的前提，而凝结硬化是水泥水化的结果。水泥与水拌合后，它的颗粒表面的熟料矿物立即与水发生化学反应，各组分开始溶解，形成水化物，放出一定热量后，固相体积逐渐增加。

水泥的水化程度

水泥的水化程度是指在一定时间内，水泥颗粒水化量与水泥完全水化量的比值。在纯水泥体系中，由于胶凝材料只有水泥，其水化程度即是整个试样的水化程度。国内外关于水化程度测试法有化学结合水法、CH定量测试法、水化热法和水化动力模拟等方法。

水泥水化过程的水低场核磁分析技术原理

低场核磁共振技术对于水泥浆体内部不同自由程度的水分有着较高的敏感性。低场核磁共振技术以水分为“探针”可分析水分在浆体内部的弛豫信息，表征水泥浆体水化进程中微观结构，这使得利用低场核磁共振技术研究水泥水化程度成为可能。

横向弛豫时间可表征早期的水泥水化反应程度。现代水泥基材料科学的研究表明，不可蒸发水的含量与材料水化反应的程度和产物的晶体结构相关，而可蒸发水的含量及其状态与材料的抗冻性、抗腐蚀性、徐变、干燥收缩等性能关系密切。由于水泥水化反应随时间变化的连续性，不可蒸发水和可蒸发水的含量及状态也在不断变化。

低场核磁反演技术

无论是低场核磁纵向弛豫还是低场核磁横向弛豫，对于决大多数样品来说，低场核磁弛豫信号都可以用多指数函数来表达。通常情况下，分别利用CPMG实验和IR实验来检测样品的横向弛豫过程和纵向弛豫过程，低场核磁弛豫信号的数学表达式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示样品中第i种成分的信号强度，总信号的大小是所有成分产生信号大小的总和，T2i和T1i表示样品中第i种成分的横向弛豫时间和纵向弛豫时间。

低场核磁反演技术：

弛豫信号反演的目标是通过上面的公式(1)、公式(2)来计算样品中的每个值(或者称为样品中质子分布的密度函数，也称为T1分布或T2分布)。下面采用矩阵的形式重新改写上述数学表达式：

Y=A * F

低场核磁反演技术实例：

以多组分T2反演为例，如下图，左边是回波串，右边是反演结果（T2分布）。下式表示每一个回波的等式系统。一般物质的T2分布是一个连续函数，但是为简化反演，计算使用一个多指数模型，并假定T2分布包含有m个独立的弛豫时间T2i，对应的幅值分量为fi。T2i的值是预先选定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的过程主要是确定每个分布的孔隙度分量.

低场核磁反演技术（T2分布）

定组分反演和二维反演在原理上和多组分反演都是一致的，是一个设置模型不断寻优的过程。不同的方法间，模型函数和寻优方法会有稍许不同。

水凝胶网络结构研究-低场核磁技术

水凝胶是一类为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。

水凝胶具有良好的生物相容性、低毒性和可生物降解性等特性，用途非常广泛。水凝胶溶胀过程与水的传输和凝胶网络结构有关，因此，溶胀性能是评价水凝胶的重要参数。

凝胶的溶胀性评价方法

目前关于溶胀行为的研究主要是通过测量溶胀水凝胶的重量或体积变化来计算溶胀率。然而，该方法需要从溶液中取出水凝胶并用滤纸擦拭以去除多余的表面水，擦拭过程容易影响测定的准确度和重复性，从而产生意想不到的误差。

水凝胶网络结构研究-低场核磁技术

低场核磁共振（LF-NMR）在研究基于水迁移率的聚合物网络的水传输和微观结构方面具有巨大潜力。与高分辨率核磁共振不同，低场核磁共振（LF-NMR）主要用于通过测量弛豫时间来阐明反映结构异质性和相互作用的分子迁移率。研究表明，低场核磁共振（LF-NMR）是一种快速、wu创、无损的测定水组分分布的方法。低场核磁可标准氢键与周围水分子之间的相互作用。

对于水凝胶，不同环境中的水，如凝胶内水或外水，可能表现出不同的弛豫性质。T2组分对应的幅度可以定量并计算膨胀率。此外，基于T2值与水凝胶网络网孔尺寸之间的比例关系，可以描绘溶胀过程中由于浓度效应引起的水凝胶网络网孔尺寸变化。因此，低场核磁共振（LF-NMR）可以作为研究水凝胶溶胀过程中水的动态传输和微观结构变化的有力工具。此外，低场核磁共振（LF-NMR）不需将水凝胶从溶胀体系中取出，即可直接原位测量水凝胶的T2分布。

农药分散度与低场核磁分析技术

农药分散度

分散度即指所施用的农药被分散的程度，它是衡量农药制剂质量或施用时喷洒质量的指标之一。分散度通常用分散直径的大小表示。农药的分散度越大，粒子越小；分散度越小，粒子越大。在一般情况下，农药的分散度越大，在使用时其覆盖面积就越大，标志着药剂与病虫害接触的机会也就越大，它关系到农药的毒理学性能是否能得到充分发挥。

农药剂型和制剂的研究开发，当然与农药分散度有着密切关系，优良的农药品种、适用的农药剂型、适宜的施药机械都和农药的分散度相关。提高农药分散度一般可采用两种手段：一是加工手段。如将固体药剂粉碎，粉碎得越细，分散度也就越大。如最初使用的粉剂农药，它是由农药原药、助剂和填料混合均匀形成，具有使用方便、撒布效率高、成本低的优点，但是这种剂型使用时易飘移，分散度小，形成粉尘污染，危及人畜健康和环境安全，故产量大减，而被其他分散度相对较好的剂型农药所代替。

在使用化学农药时，也应当选择合理的农药分散度。如有一些毒性大的化学农药，往往会对人畜和作物带来毒害，且污染环境和土壤，对农作物造成残毒等。

提高农药分散度的好处

农药分散度提高，总表面积增大后，可以提高靶面覆盖率 。农药施用后沉积在生物体表面上所能覆盖的面积与生物体表面总面积之比称为农药对靶面覆盖率。在一定用药量下，药剂的分散度越高，所形成的覆盖率就越高。

农药分散度低场核磁分析评价

低场核磁分析技术可用于水分散粒剂农药分散度的评价，可快速检测悬浮体系中颗粒的分散性、团聚、絮凝过程，为水分散粒剂农药研发和质控提供数据参考。

低场核磁分析技术评价农药分散度原理：

颗粒分散体中溶剂的弛豫速率与可用颗粒表面积成线性比例。与游离聚合物相关的溶剂或聚合物环和尾部内的溶剂在弛豫速率方面没有显著变化，因为它们仍然具有很高的流动性。当聚合物在颗粒表面形成吸附层时，由于水分子在近表面区域的比例和/或停留时间增加，总的弛豫速率增强。通过低场核磁技术的弛豫差异，即可低场核磁定量评价颗粒分散性。

水凝胶低场核磁分析氢键强弱

水凝胶是一类为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。

水凝胶具有良好的生物相容性、低毒性和可生物降解性等特性，用途非常广泛。水凝胶溶胀过程与水的传输和凝胶网络结构有关，因此，溶胀性能是评价水凝胶的重要参数。

凝胶的溶胀性评价方法

目前关于溶胀行为的研究主要是通过测量溶胀水凝胶的重量或体积变化来计算溶胀率。然而，该方法需要从溶液中取出水凝胶并用滤纸擦拭以去除多余的表面水，擦拭过程容易影响测定的准确度和重复性，从而产生意想不到的误差。

水凝胶低场核磁分析氢键强弱

低场核磁共振（LF-NMR）在研究基于水迁移率的聚合物网络的水传输和微观结构方面具有巨大潜力。与高分辨率核磁共振不同，低场核磁共振（LF-NMR）主要用于通过测量弛豫时间来阐明反映结构异质性和相互作用的分子迁移率。研究表明，低场核磁共振（LF-NMR）是一种快速、wu创、无损的测定水组分分布的方法。低场核磁可标准氢键与周围水分子之间的相互作用。

对于水凝胶，不同环境中的水，如凝胶内水或外水，可能表现出不同的弛豫性质。T2组分对应的幅度可以定量并计算膨胀率。此外，基于T2值与水凝胶网络网孔尺寸之间的比例关系，可以描绘溶胀过程中由于浓度效应引起的水凝胶网络网孔尺寸变化。因此，低场核磁共振（LF-NMR）可以作为研究水凝胶溶胀过程中水的动态传输和微观结构变化的有力工具。此外，低场核磁共振（LF-NMR）不需将水凝胶从溶胀体系中取出，即可直接原位测量水凝胶的T2分布。

水驱剩余油分布-低场核磁技术

随着水驱开发的进行，国内大多数油田皆已进入高含水、高采出程度的“双高”阶段，针对二次采油未能采出的未波及区的剩余油和波及区的残余油，认识剩余油为油田二次采油及三次采油提供重要依据尤为重要。

剩余油分布是指剩余油在地层中的分布情况，影响剩余油分布的因素众多，主要受静态储层(地质的)和动态注采状况(开发的)双重因素的影响。静态储层因素是根本的、内在的因素，注采状况(开发条件)是影响剩余油分布的外部因素。

水驱剩余油分布-低场核磁技术

基于核磁对氢信号优秀的捕捉能力，在油气藏储层研究中，发挥了巨大的作用。搭配多场耦合配件，可以模拟地层真实高温高压环境，岩心（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）不同尺寸孔隙中的油水信号在核磁T2谱中对应的弛豫时间不同，随着驱替实验（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）的进行，核磁T2谱随着岩心内部油水相态（多相驱替）的变化而发生变化，可以用定量来研究地层的油气开采过程。同时基于核磁成像功能，可以实现对整个驱替过程（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）的各个阶段进行成像，生动形象的观察动态变化。实现驱替过程（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）中油水变化的可视化。

水驱剩余油分布-低场核磁仪器

MacroMR高温高压岩心驱替可视化系统能够结合传统的外围驱替系统，实现模拟地层高温高压环境，对岩心进行全过程可视化驱替研究，可视化可以定性的评价岩心驱替情况，通过谱图变化可定量计算出驱替量的多少；可以任意层面、多角度对岩心进行无损切片选层观测和分析；

低场核磁不易流动水

低场核磁共振技术应用领域非常广泛，而且还处在不断拓展之中，低场核磁共振技术主要基于四个方面进行样品分析与检测：

（1）基于信号幅值的分析检测；

（2）基于图像(信号二维分布)的分析检测；

（3）基于弛豫时间的分析检测；

（4）基于扩散系数的分析检测。

低场核磁共振技术在食品农业、地质勘探、石油化工、生物医药、材料科学等诸多方面体现出越来越广泛的应用，成为一种重要的分析测试工具。

低场核磁不易流动水

在食品研究领域，采集到的CPMG回波串，经过反演拟合后得到的T2分布经常有3个峰。中间的峰一般认为是低场核磁不易流动水

低场核磁技术主要是检测水的信号，或是以水为探针检测与水接触的物质变化。食品体系中测得的三个峰，主要体现了不同环境中的水分状态。要理解低场核磁的三个峰的物理含义，我们先了解一下低场核磁检测水分的原理。

生物大分子类似蛋白淀粉等含有很多亲水位点，带有的固有电荷和与之相连的相反电荷迫使大量水分形成极性多层模型。

多层结构形成机理是：大分子的亲水基团（—NH2，—OH）与邻近水分形成氢键，由于氢键极化，水分子反过来倾向与下一层水分子形成氢键，如此反复，zui后形成极性的多层结构。这个又是NMR研究水分相态的基础依据，由于结合水直接与大分子基团以氢键结合，受到束缚程度较大，水分运动性较弱，衰减速度最快，自由水游离在结构以外，水分运动性较强，衰减速度最慢，从而根据弛豫时间的大小来区分水分相态。

不同状态的水分往往与食品的品质、口感、质构、加工工艺等有直接关系，这部分的研究已经非常成熟。

低场核磁共振技术原理

低场核磁共振技术主要检测为H质子，也可以用于F信号测试。含H样品经过特定频率的射频激励后，产生核磁共振信号。H核磁共振信号对应有T1、T2两个主要参数，通过测试T1、T2弛豫时间并进行建模，可用于食品、农业、石油勘探、聚合物、固体脂肪含量…多方面研究。已有多种方法形成国际标准和行业标准方法。

低场核磁共振由于其设备成本较低，研究使用门槛相对较低，应用领域非常广泛，且处于不断拓展之中。由于核磁共振分析技术具有速度快、精确度高、一次测量可获得多个参数、对样品无损耗、样品制备简单、对操作人员的健康和环境无影响等诸多优点，因此许多原来采用其他传统检测方法的应用目前都在探索采用核磁共振技术进行。

颗粒剂农药分散度与低场核磁分析技术

颗粒剂农药分散度

分散度即指所施用的农药被分散的程度，它是衡量农药制剂质量或施用时喷洒质量的指标之一。分散度通常用分散直径的大小表示。农药的分散度越大，粒子越小；分散度越小，粒子越大。在一般情况下，农药的分散度越大，在使用时其覆盖面积就越大，标志着药剂与病虫害接触的机会也就越大，它关系到农药的毒理学性能是否能得到充分发挥。

农药剂型和制剂的研究开发，当然与颗粒剂农药分散度有着密切关系，优良的农药品种、适用的农药剂型、适宜的施药机械都和农药的分散度相关。提高颗粒剂农药分散度一般可采用两种手段：一是加工手段。如将固体药剂粉碎，粉碎得越细，分散度也就越大。如最初使用的粉剂农药，它是由农药原药、助剂和填料混合均匀形成，具有使用方便、撒布效率高、成本低的优点，但是这种剂型使用时易飘移，分散度小，形成粉尘污染，危及人畜健康和环境安全，故产量大减，而被其他分散度相对较好的剂型农药所代替。

在使用化学农药时，也应当选择合理的颗粒剂农药分散度。如有一些毒性大的化学农药，往往会对人畜和作物带来毒害，且污染环境和土壤，对农作物造成残毒等。

提高颗粒剂农药分散度的好处

颗粒剂农药分散度提高，总表面积增大后，可以提高靶面覆盖率 。农药施用后沉积在生物体表面上所能覆盖的面积与生物体表面总面积之比称为农药对靶面覆盖率。在一定用药量下，药剂的分散度越高，所形成的覆盖率就越高。

颗粒剂农药分散度低场核磁分析评价

低场核磁分析技术可用于水分散粒剂颗粒剂农药分散度的评价，可快速检测悬浮体系中颗粒的分散性、团聚、絮凝过程，为水分散粒剂农药研发和质控提供数据参考。

低场核磁分析技术评价颗粒剂农药分散度原理：

颗粒分散体中溶剂的弛豫速率与可用颗粒表面积成线性比例。与游离聚合物相关的溶剂或聚合物环和尾部内的溶剂在弛豫速率方面没有显著变化，因为它们仍然具有很高的流动性。当聚合物在颗粒表面形成吸附层时，由于水分子在近表面区域的比例和/或停留时间增加，总的弛豫速率增强。通过低场核磁技术的弛豫差异，即可低场核磁定量评价颗粒分散性。

低场核磁技术用于橡胶老化研究

橡胶老化现象

由于橡胶制品的使用越来越频繁，橡胶产品在多数人的印象中是性能优异且各方面使用体验都很好，许多老客户也慢慢感觉到橡胶制品老化的现象，橡胶制品为什么会出现老化现象。

橡胶产品为什么会出现老化？

橡胶树脂的粘合性比许多橡胶都要高，但橡胶同其它橡胶一样，也会发生老化现象，由于内部分子链断裂，使橡胶的性能发生了很大的变化。对于橡塑制品来说，橡胶产品危害蕞大的就是紫外线，紫外线会直接导致橡胶分子链的断裂，这是因为橡胶制品可吸收光能使橡胶内产生自由分子。

橡胶产品老化的原因主要有以下三点：

1. 经常有高温或高温环境。高温度会加速橡胶材料的氧化环境，从而导致老化。

2. 化学因素。归根结底，橡胶材料是一种化学物质，有些化学因素会加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，会使橡胶制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡胶老化的试验方法：

橡胶老化是橡胶性能受损的主要原因之一。由于产品的配方和使用条件各异，老化历程快慢不一，所以，需要通过检测技术对橡胶样品进行测试，以评定橡胶老化的程度及其对性能的影响。低场核磁技术可用于橡胶老化检测。

低场核磁技术研究橡胶老化基本原理：

纽迈VTMR系列低场核磁共振分析仪

低场核磁共振技术是通过测定恒定磁场强度下样品中1H的弛豫时间,从而获得分子结构动态信息的方法。其基本原理是通过施加射频脉冲给予处于恒定磁场中的样品,使氢质子发生共振,质子所吸收的射频波能量以非辐射的方式释放后返回到基态,此过程被称为弛豫过程。弛豫又可分为横向弛豫和纵向弛豫,样品内部氢质子所处物理化学环境及存在状态决定了弛豫时间的长短。从物理机制上,核磁弛豫过程是自旋氢原子核与环境之间通过相互作用进行能量交换的过程。核磁共振是自旋不为零的原子在静磁场中被磁化后,与特定射频场产生共振吸收现象,吸收射频脉冲能量后自旋核与周围物质相互作用,释放能量,并恢复初始状态过程。

橡胶老化是交联体系发生变化的综合过程,核磁共振的弛豫机制对这种变化具有高敏感性,其主要表现为横向弛豫时间T2随反应时间延长的规律性变化。因此通过研究老化过程中橡胶样品的弛豫时间变化规律及其与老化性能的关系,就可以间接评估橡胶老化的特性。

玻璃纤维浸润剂固含量-低场核磁分析技术

玻璃纤维浸润剂这一名称是从物理学上的“浸润”衍生而来。在物理学上，“浸润”定义如下：“当液相与固相接触时，液相可以沿着固相表面不断扩展而相互融合，此现象称为浸润；反之，液相表面不断收缩，则称之为不浸润。”

伴随着国内玻纤市场的不断发展,市场竞争逐步加剧,玻纤产品的制造成本越来越得到生产厂家的重视。玻璃纤维浸润剂成本是作为构成玻纤成本的主要因素之一,如何有效地提升玻纤浸润剂的涂敷率,进而降低生产成本已成为玻纤制造厂家面临的许多问题之一。

固含量是衡量浸润剂性能的重要指标之一。在工业生产中,很多厂家采用按照配方原比例提升浸润剂含量、降低涂油线速度的方法来提升浸润剂涂敷率。低场核磁分析技术可以快速检测玻璃纤维浸润剂固含量，从而为成本控制和产品质量提供数据参考。

玻璃纤维浸润剂能改变玻璃纤维的表面状态，不仅满足了玻纤原丝后道工序加工性能的要求而且在复合材料中还能促进玻璃纤维增强体与高分子聚合物基体的结合，是决定玻璃纤维增强复合材料zui终性能的重要因素。

玻璃纤维浸润剂的主要作用是连结玻璃纤维和基体树脂并在界面层传递应力，具有以下性能：

1.浸润剂中的偶联剂必须起到桥梁的作用，在复合材料制备过程中能与纤维中的二氧化硅发生反应，形成化学键合，并能和聚合物基体发生反应，产生化学结合；

2.浸润剂中的成膜组分对玻璃纤维表面具有良好的粘结作用，与树脂有良好的相容性，同时产生固化反应。

3.浸润剂中的润滑剂、抗静电剂等也必须能溶解或扩散于基体树脂中，尽量减少各种助剂对界面粘结的影响。玻璃纤维浸润剂，经加热烘干后形成厚度极小的薄膜。偶联剂吸附在玻璃表面并发生化学反应，成膜剂，在原丝烘干过程中聚结成树脂层膜，对原丝起着集束和保护作用，各种助剂在成膜过程中迁移到浸润剂膜的表面，直接与气相接触，这几个组分在烘干温度下相互扩散，相互融合，形成一个有浓度梯度的复杂结构层。

低场核磁分析技术检测玻璃纤维浸润剂固含量的基本原理：

不同固含量的浸润剂，对应的磁共振信号衰减快慢不一样。玻璃纤维浸润剂样品的T2弛豫时间倒数与固含量（浓度）呈线性关系，表达式如下：

可以测得已知玻璃纤维浸润剂固含量的样品，确定浓度与T2弛豫时间倒数的关系，制作标线。进而可以快速、无损测得未知固含量的样品。

低场核磁技术研究胶体溶胀过程

亲水胶体的溶胀过程是高聚物吸收液体而体积增大过程的现象。胶体化合物的分子结构中含有许多亲水基团，能与水分子发生作用。质点水化后似分子状态分散于水中，形成亲水胶体溶液。如动物胶汁、酶的水溶液及其他含蛋白质的生化制剂、天然的多糖类、粘液质及树胶等等遇水后所形成的胶体溶液均属此类。亲水胶体绝大多数为高分子化合物，所以亲水胶体溶液也称高分子水溶液。随着非极性基因数目的增多，胶体的亲水性能降低，而对半极性溶媒及非极性溶媒的亲和力增加，胶体质点分散在这些溶媒中时，形成的溶液称为亲液胶体溶液或高分子非水溶液。

溶胀是否发生，决定于高聚物和液体的性质。线型高聚物先溶胀而后溶解，体型高聚物只溶胀而不溶解。例如明胶能在水中溶胀，但在有机溶剂中却不溶胀；橡胶能在苯中溶胀，但在水中却不溶胀。有些高聚物在溶胀后会形成溶胶。例如明胶在水中和橡胶在苯中，加热时会形成溶胶。

溶胶又称胶体溶液。由分散质的微粒(线性大小一般在10的负5–7次方厘米间)分散在介质中所形成的分散物系。根据与液体分散介质的关系，可分为亲液溶胶和憎液溶胶两类。与未分散的物质相比，分散相的粒子非常小，总面积非常大，这是溶胶具有的特性。

溶胀过程和胶溶过程实际上就是胶体粒子的再分散过程。胶体粒子本身具有一定的稳定性，比如电荷排斥，水化层的存在等。当这些条件消失的时候，胶体粒子就会团聚，所以加热、加电解质、加相反电荷的胶体等无非是去掉电荷，去掉水化层（或者溶剂层），使胶体团聚在一起。

胶体团聚后，有可能进一步脱水发生化学反应，生成化学键，这样就不会再溶解，再分散了；但是也有可能重新结合水或者溶剂,这时候凝聚了的胶体粒子就体积增大（由于颗粒之间增加了溶剂），即——溶胀，甚至完全分散，溶剂化，即——胶溶。

低场核磁技术研究胶体溶胀过程：

低场核磁共振（LF-NMR）在研究基于水迁移率的聚合物网络的水传输和微观结构方面具有巨大潜力。与高分辨率核磁共振不同，低场核磁共振（LF-NMR）主要用于通过测量弛豫时间来阐明反映结构异质性和相互作用的分子迁移率。研究表明，低场核磁共振（LF-NMR）是一种快速、无创、无损的测定水组分分布的方法。该方法可快速评价颗粒原液的团聚与分散状态，可用于胶体溶胀过程研究。

低场核磁技术研究水凝胶的保水性能

什么是水凝胶？

水凝胶（Hydrogel）是由亲水性聚合物链通过化学或物理交联而形成的三维网络。它可以充分吸水而不溶于水，自身显著溶胀的同时仍保持其原有的三维结构。水凝胶含有大量的水（可达90%），质地柔软，性状可变，物理性质与生物组织类似，具有优异的生物相容性，可负载不同材料，包容性非常强，同时其力学性质可调，是一类优秀的生物材料。

水凝胶的分类

水凝胶有多种分类方式。根据材料来源可分为天然水凝胶（如透明质酸、胶原蛋白、海藻酸钠等）和人工合成水凝胶（如聚丙烯酰胺、聚乙二醇等）。人体的许多组织（如肌肉、角膜、血管等）都可以归为天然水凝胶，这也就使得水凝胶在生物医学、人体组织方面有巨大的应用潜力。

水凝胶的应用

水凝胶生物相容性、生物可降解性、高吸水、保水的特性使其广泛适用于环境工程、柔性传感、电化学等许多领域，尤其是生物医学领域，包括组织工程、药物输送系统、伤口敷料、生物传感器、隐形眼镜、人工细胞等，有着广泛的应用。

水凝胶作为新型功能材料，具有高吸水保水性、生物相容性好、柔韧等特点，通过不同材料的选择以及改性、复合等手段赋予其特定性能如自愈合性、环境响应特性等。因此，关于水凝胶的研究数不胜数。同时水凝胶及其衍生物在各个领域应用越来越广泛，其研究价值绝不仅限于此，这也是其大火的原因。

水凝胶的保水性能

水凝胶因其优异的柔性、亲水性和生物相容性等特点在组织工程、伤口敷料、药物输送、柔性电子、智能器件、能源等领域应用广泛。然而，由于水凝胶中含有大量水分，水分不可避免地蒸发，而导致水凝胶在空气中逐渐脱水，造成水凝胶柔性、弹性等功能逐渐丧失，这已严重限制了水凝胶的实际应用。因此，提高水凝胶的保水性能对改善水凝胶的稳定性、延长水凝胶的使用寿命、扩展水凝胶的实际应用具有重要意义。

低场核磁技术研究水凝胶的保水性能

低场核磁共振（LF-NMR）在研究基于水迁移率的聚合物网络的水传输和微观结构方面具有巨大潜力。与高分辨率核磁共振不同，低场核磁共振（LF-NMR）主要用于通过测量弛豫时间来阐明反映结构异质性和相互作用的分子迁移率。研究表明，低场核磁共振（LF-NMR）是一种快速、无创、无损的测定水组分分布的方法。

对于水凝胶，不同环境中的水，如凝胶内水或外水，可能表现出不同的弛豫性质。T2组分对应的幅度可以定量并计算膨胀率。此外，基于T2值与水凝胶网络网孔尺寸之间的比例关系，可以描绘溶胀过程中由于浓度效应引起的水凝胶网络网孔尺寸变化。因此，低场核磁共振（LF-NMR）可以作为研究水凝胶溶胀过程中水的动态传输和微观结构变化的有力工具。此外，低场核磁共振（LF-NMR）不需将水凝胶从溶胀体系中取出，即可直接原位测量水凝胶的T2分布。低场核磁技术是研究水凝胶的保水性能非常适用的一种技术。

纽迈PQ001系列核磁共振分析仪