lf-nmr/mri 低场核磁共振

低场核磁共振横相弛豫时间

在核磁共振现象中，弛豫是指原子核发生共振且处在高能状态时，当射频脉冲停止后，将迅速恢复到原来低能状态的现象。恢复的过程即称为弛豫过程，它是一个能量转换过程，需要一定的时间反映了质子系统中质子之间和质子周围环境之间的相互作用。

完成弛豫过程分两步进行，即纵向磁化强度矢量Mz恢复到最初平衡状态的M0和横向磁化强度Mxy要衰减到零，这两步是同时开始但独立完成的，下面将简单介绍低场核磁共振横相弛豫过程和低场核磁共振横相弛豫时间T2。

低场核磁共振横相弛豫过程

在射频脉冲的作用下，所有质子的相位都相同，它们都沿相同的方向排列，以相同的角速度（或角频率）绕外磁场进动。当射频脉冲停止后，同相位的质子彼此之间将逐渐出现相位差，即失相位。我们把质子由同相位逐渐分散zui终均匀分布，宏观表现为其横向磁化强度矢量Mxy从zui大（对于π/2脉冲来说，为M0）逐渐衰减为0的过程称为横向弛豫过程。

低场核磁共振横相弛豫时间

低场核磁共振横相弛豫时间又称自旋-自旋弛豫时间，通常用Mxymax衰减63%时所需的时间，所以经过一个T2时间，Mxy还存在37%在实际工作中，一般认为Mxy经过5T2时间已基本衰减为零。下图表示π/2脉冲之后Mxy随时间的衰减曲线：

在MRI中，通常用横向弛豫时间T2来描述横向磁化强度Mxy衰减的快慢，如果T2小就说明横向磁化强度Mxy衰减快。否则，若T2长就说明横向磁化强度Mxy衰减慢。

在给定外磁场中，T2仅取决于组织，不同的组织由于其自旋-自旋相互作用效果不同，而这种效果取决于质子间的接近程度。由于不同组织自旋-自旋相互作用效果不同，所以不同组织的T2不同，固体中的T2比液体中的T2短的多。特别注意的是：横向弛豫时间T2比纵向弛豫时间T1快5-10倍，也就是说在纵向磁化强度恢复到M0时，横向磁化强度早已经衰减为零。

短纤维含油率如何测量？低场核磁共振法

为什么要测定短纤维中的含油率？

纤维所上的油剂通常是作润滑剂或抗静电剂使用的,但有时它也被用作纖维的杀菌剂、阻燃剂、着色剂等化学试剂的载体。油剂含量也是一个重要的质控参数,它直接决定着纤维是否能满足其使用要求。然而,含油率不匀的情况是化纤生产过程中发生率较高的问题。含油率低的纤维容易产生静电现象,含油率高的纤维则容易产生黏缠现象,两种情况都会严重影响纺织加工的正常进行。因此,准确地测定纤维的含油率对准确把握和控制上油量具有非常重要的意义。

短纤维含油率的测试方法有哪些？

现行标准GB/T 6504- -2008 《化学纤维含油率试验方法》规定的试验方法有萃取法(以下称为标准萃取法)、中性皂液洗涤法、光折射率法和核磁共振法。除此之外,中石化企业为了方便生产，开发了几种新的试验方法，包括快速萃取法”、原子吸收法、电导法、蒸馏水振荡法、紫外光谱法等，其方法是针对某类产品使用的试验方法。

短纤维含油率测试方法的原理是什么？

1、标准萃取法：标准萃取法的原理是利用油剂可溶解于特定的有机溶剂，将适当的有机溶剂通过脂肪抽出器把试样中的油剂萃取出来，再将溶剂蒸干，称量残留油剂的质量及试样质量，计算得出试样的含油率。

2、中性皂液洗涤法：中性皂液洗涤法的原理是利用皂液与油剂相亲和的性质，在洗涤力的作用下，使试样上的油剂转移到皂液中，再根据试样洗涤前、后的质量变化，计算试样的含油率。

3、光折射率法：光折射率法的原理是利用全反射临界角的测定方法来测定未知物质的折光率，并定量地分析溶液中的某些成分，检验物质的纯度””。

4：低场核磁共振法：核磁共振法的原理是利用核磁共振波谱法向纤维样品发射脉冲磁场，当磁场取消时，检测试样的回应磁信号，由于纤维发出的信号比油剂发出的信号衰减得快，从两者的差异上可换算出试样的含油率。

低场核磁纤维含油率分析仪

低场核磁共振法测定短纤维含油率的优势在哪里？

传统纤维含油率检测方法大都采用萃取法；存在检测时间长，检测结果滞后，需要使用有害试剂，人工成本高，有经验误差等局限性。纽迈针对传统方法的缺陷，开发了利用低场核磁共振测试纤维含油率的方法。

性能特点：快速、精确、无损

仅需30S–快速响应，满足大样品测试需求，为在线实时质量控制提供可能

国标方法–核磁共振法保证测量精确，无损、环保，可进行纵向实验。

低场核磁共振法用于淀粉玻璃化转变温度研究

淀粉不仅是食品中的重要的组成成分,而且也是有用的食品工业原料,应用用途十分的广泛。大家都知道,淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,直链淀粉为一条直链的结构,分子量较小,支链淀粉是高度分支,分子量通常较高。由于来自不同种植物的淀粉在结构,组成和分子状态方面的差异,来自不同的来源的淀粉具备各自的使用功能。

食品的玻璃化转变可能会引起食品的货架寿命和质构等的改变,已成为当今的研究热点。玻璃化转变温度的这个概念目前被广泛的应用在食品科学的领域当中。玻璃化转变是一种二级相变,物质不会放出潜热,不发生相变,他的宏观上在物质的物理、电学、热及力学等其他性质上,表现出变化或者不连续性。当食品处在玻璃态时,食品的分子分散的速率就会减慢,产品的品质就会提高,然而,当食品发生了玻璃化转变之后,它的理化性质就会发生明显的改变。淀粉的玻璃化转变对机械性能的影响很大,如引起淀粉的质构特性和产品老化等重要影响。因此,研究淀粉的玻璃化转变温度是非常重要的。

聚合物在比较低的温度下,分子的热运动所需要的能量就很低,只有分子中的链节、支链等比较小的运动单元可以运动,而链段和分子链处于被冻结的状态,聚合物在外界作用下只能发生微小的形变,这个时候聚合物表现出来的力学性质和玻璃相似,所以把这种状态叫做玻璃态。聚合物发生了玻璃化转变时的温度称为玻璃化转变温度(Tg)。当食品处在玻璃态的时候,受扩散控制的食品的品质变化的反应就会变得非常的缓慢,有的甚至不会发生。这时的食品的各个方面的性质就会非常的稳定,对于食品的保存和新鲜程度等品质的保持就十分有利。大部分的谷物类食品是以淀粉为原料的,如小吃、焙烤食品等。面包在储藏的过程会发生老化(硬化),严重影响面包的品质,淀粉结晶就是影响面包老化的重要因素。当储藏温度低于Tg时,淀粉就不会发生结晶,所以将面包在玻璃态时储藏,对yi制面包老化很有效。食品中的玻璃化转变会影响食品的货架寿命和质构等。

低场核磁共振法测定玻璃化转变温度：

NMR是一种通过测定活性原子核的弛豫特性来描述分子运动特性的技术。用NMR测定玻璃化转变温度是基于弛豫时间(T1、T2)可以衡量玻璃化转变时分子链段运动的急剧变化。与上述方法相比，NMR对所测食品样品没有限制，对样品亦不具破坏性，灵敏度高，能够快速、实时、荃芳位、定量的研究样品。

玻璃化转变是指非晶态的高聚物（包括晶态高聚物中的非晶体部分）从玻璃态到高弹态的转变或者从高弹态到玻璃态的转变。许多研究人员已经接受食品也是聚合物这一观点并将其作为聚合物体系进行分析，聚合物玻璃化转变的基础是分子运动，聚合物由玻璃态转变为橡胶态时，含有质子的基团运动频率增加，这些变化可由弛豫时间T1和T2来衡量。

当聚合物处于玻璃态时，T2不随温度而变，表现出刚性晶格的性质，玻璃化转变后，突破刚性晶格的限制，T2随温度升高而增大。绘制T2-温度曲线，T2转折点所对应的温度即玻璃化转变温度Tg。

T2-温度曲线和T1-温度曲线都是由两条近似直线的不同斜率的直线部分组成，这两条直线的交点就看作为相转变点，所对应的温度就是相转变温度，即我们所要测定的Tg。对于“U”曲线，其zui低点，即为相转变点，所对应温度为Tg。

巧克力脂肪含量的测定-低场核磁共振法

巧克力是一种高热量食品，很多人都喜欢吃巧克力，其中蛋白质含量偏低，脂肪含量偏高。虽然巧克力有不少好处，但是因为它的高热量可导致肥胖。

巧克力中脂肪含量是衡量其质量的重要理化指标。目前，对于巧克力脂防含量测定的具体方法没有明确的规定。不同的检验方法得到的检验结果存在差异。常用的巧克力脂防含量的测定方法有：索氏抽提法、酸水解法、低场核磁共振法等。长期的实验工证明索氏抽提法和酸水解法对于巧克力制品中脂肪含量测定的结果与真实值相比都不甚理想。

索氏抽提法巧克力脂肪含量的测定：

索氏抽提法主要是用乙迷或石油醚等有机溶剂抽提后，蒸去溶剂所得的物质，除脂防外还含有色素、挥发油、蜡等物质，称为粗脂肪。此外，索氏抽提法不适用于含糖量过高的食品，因为，食品中的糖分会随着乙迷等溶剂被抽提到接收瓶中，致使测定值偏高。而巧克力制品正是含糖量较高的食品，在用索氏抽提法时会导致蕞后结果偏离真实值。一个重要的原因是巧克力制品中含有奶粉，其中的乳脂肪在抽提时不能被乙迷所溶解，这又造成结果的误差。

酸水解法巧克力脂肪含量的测定：

酸水解法适用于加工食品和结块的不溶性样品，以及不易除去水分的样品。其利用强酸破坏蛋白质，纤维素等，使脂肪游离出来，再用乙迷提取。选用此法时，强酸可以打破巧克力制品中乳脂球膜，使乳脂肪游离出来，称之为总脂肪。但是，由于巧克力制品中含糖量较高，同样也会影响检验结果。另外，酸水解法由于人为主观因素会带来“在吸取醚层时，因界面不清晰，导致吸得不完荃或吸出黑色水分的结果”，在蕞后挥散乙迷烘干后的蕞后测定值或多或少的偏离真实值，影响检验的准确度。

低场核磁共振法巧克力脂肪含量的测定：

低场核磁法是基于巧克力产品中脂肪含量与采集到的NMR信号强度成正比，通过将每克样品的NMR信号对应于脂肪含量进行定标，即可定量未知样品中的脂肪含量。

使用自旋回波序列进行测量，图一是自旋回波序列与检测到的核磁信号。在90度射频脉冲后t1处测量了自由感应衰减（FID）NMR信号。此时信号幅度（A1）与样品的固相和液相（基质和油分）中的H质子数成正比。180度脉冲后，检测自旋回波信号幅度为A2，此时固相的信号已经衰减为0，A2仅为油的信号，A2与样品的脂肪量成正比，从而进行定量测量。

使用3~6个已知脂肪含量的样品进行定标后，未知样品可在30秒~3分钟钟内完成测试。测试过程快速无损，可实现工业在线过程测试。

推荐仪器：PQ001系列低场核磁共振分析仪

低场核磁共振技术研究国产cmp研磨液

什么是cmp研磨液？

CMP 全称为 Chemical Mechanical Polishing，即化学机械抛光。该技术是半导体晶圆制造的比备流程之一，对高精度、高性能晶圆制造至关重要。抛光液的主要成分包括研磨颗粒、PH值调节剂、氧化剂、分散剂等。从成分中我们就大概知道了抛光液是一种对分散要求很高的纳米材料悬浮液，所以研磨过程中对颗粒的尺寸变化以及颗粒在悬浮液中的分散性都有着极其严苛的要求。

低场核磁共振技术研究国产cmp研磨液

低场核磁弛豫技术以水分子（溶剂）为探针，可以实时检测悬浮液体系中水分子的状态变化。

低场核磁弛豫技术可以区分出纳米颗粒与溶剂的固液界面间那一层薄薄的表面溶剂分子，当颗粒尺寸或颗粒分散性发生变化时，颗粒表面的溶剂分子也会发生相应的变化。低场核磁弛豫技术可以灵敏的检测到这这种变化状态和变化过程，从而可以快速地评价例如抛光液以及相关悬浮液样品的分散性和悬浮液中颗粒尺寸的变化过程。

低场核磁弛豫技术与传统氮气吸附法有哪些差异？

在低场核磁弛豫技术还未应用于抛光液领域之前，蕞常用的方法是用氮气吸附法来表征颗粒的比表面积。但是在实际的研发与生产过程中，研究人员发现就算氮气吸附法表征的研磨颗粒的比表面积非常稳定，抛光过程中还是会发生抛光液性能不稳定的情况。而这种情况很可能是研磨颗粒在溶剂体系中发生了团聚，进而发生了尺寸上的变化而导致蕞终研磨性能的问题。低场核磁弛豫技术可直接用于研磨液原液的分散性检测，可以快速评价悬浮液体系的分散性而被广泛应用于CMP抛光液的研发与生产控制中。

低场核磁弛豫技术还能用于哪些领域？

低场核磁弛豫技术除了用于半导体CMP抛光液，还可以用于国家正大力扶持的新能源电池浆料，光伏产业的导电银浆，石墨烯浆料，电子浆料等新材料领域。这些方向都非常适合采用低场核磁弛豫技术来研究其原液的分散性、稳定性。

测定玻璃化转变温度的常用方法-低场核磁共振法

什么是玻璃化转变温度？

玻璃化转变温度是指由高弹态转变为玻璃态或玻璃态转变为高弹态所对应的温度。玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。

玻璃化转变温度是高分子聚合物的特征温度之一。以玻璃化温度为界，高分子聚合物呈现不同的物理性质：在玻璃化温度以下，高分子材料为塑料；在玻璃化温度以上，高分子材料为橡胶。从工程应用角度而言，玻璃化温度是工程塑料使用温度的上限，是橡胶或弹性体的使用下限。

玻璃化转变的影响因素

由于玻璃化转变是与分子运动有关的现象，而分子运动又和分子结构有着密切关系，所以分子链的柔顺性、分子间作用力以及共聚、共混、增塑等都是影响高聚物Tg的重要内因。

此外，外界条件如作用力、作用力速率，升(阵)温速度等也是值得注意的影响因索。

在玻璃化转变温度以上，高聚物表现出弹性；在玻璃化转变温度以下，高聚物表现出脆性，在用作塑料、橡胶、合成纤维等时必须加以考虑。如聚氯乙烯的玻璃化温度是80℃。但是，他不是制品工作温度的上限。比如，橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上，否则就失去高弹性。

测定玻璃化转变温度的常用方法：

1．膨胀计法：在膨胀计内装入适量的受测聚合物，通过抽真空的方法在负压下将对受测聚合物没有溶解作用的惰性液体充入膨胀计内，然后在油浴中以一定的升温速率对膨胀计加热，记录惰性液体柱高度随温度的变化。由于高分子聚合物在玻璃化温度前后体积的突变，因此惰性液体柱高度-温度曲线上对应有折点。折点对应的温度即为受测聚合物的玻璃化温度。

2．折光率法：利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化，找出导致这种变化的玻璃化转变温度。

3．热机械法（温度-变形法） 在加热炉或环境箱内对高分子聚合物的试样施加恒定载荷；记录不同温度下的温度-变形曲线。类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度，即为：玻璃化转变温度。

4．DTA法（DSC）：以玻璃化温度为界，高分子聚合物的物理性质随高分子链段运动自由度的变化而呈现显著的变化，其中，热容的变化使热分析方法成为测定高分子材料玻璃化温度的一种有效手段。

5．动态力学性能分析（DMA）法：高分子材料的动态性能分析（DMA）通过在受测高分子聚合物上施加正弦交变载荷获取聚合物材料的动态力学响应。

6．低场核磁共振法：

NMR是一种通过测定活性原子核的弛豫特性来描述分子运动特性的技术。用NMR测定玻璃化转变温度是基于弛豫时间(T1、T2)可以衡量玻璃化转变时分子链段运动的急剧变化。与上述方法相比，NMR对所测食品样品没有限制，对样品亦不具破坏性，灵敏度高，能够快速、实时、荃方位、定量的研究样品。

玻璃化转变是指非晶态的高聚物（包括晶态高聚物中的非晶体部分）从玻璃态到高弹态的转变或者从高弹态到玻璃态的转变。许多研究人员已经接受食品也是聚合物这一观点并将其作为聚合物体系进行分析，聚合物玻璃化转变的基础是分子运动，聚合物由玻璃态转变为橡胶态时，含有质子的基团运动频率增加，这些变化可由弛豫时间T1和T2来衡量。

当聚合物处于玻璃态时，T2不随温度而变，表现出刚性晶格的性质，玻璃化转变后，突破刚性晶格的限制，T2随温度升高而增大。绘制T2-温度曲线，T2转折点所对应的温度即玻璃化转变温度Tg。

T2-温度曲线和T1-温度曲线都是由两条近似直线的不同斜率的直线部分组成，这两条直线的交点就看作为相转变点，所对应的温度就是相转变温度，即我们所要测定的Tg。对于“U”曲线，其蕞低点，即为相转变点，所对应温度为Tg。