超顺磁性氧化铁注射剂研究-磁共振快速弛豫分析仪

岩石孔隙流体的核磁共振弛豫机制

自由弛豫、表面弛豫和扩散弛豫3种不同的弛豫机制存在于岩石孔隙流体的核磁共振弛豫中，一般三种弛豫行为同时存在的。

1、自由弛豫

自由弛豫，即流体特有的体弛豫现象，其弛豫时间由流体物理特性（粘度、化学成分等）及流体所处的环境（温度、压力等）决定。

在石油工业核磁研究过程中，由于岩石表面为固体，通常岩石孔隙内的流体表面弛豫比体弛豫强。然而当亲水岩石孔隙中油气属于非润湿相，岩石中存在裂缝导致流体与固体表面接触较少，以及稠油等流体粘度较大的情况下，流体与岩石孔隙之间自由弛豫现象不可忽视，此时需要同时考虑自由弛豫和表面弛豫的影响。

2、表面弛豫

岩石孔隙表面的弛豫机制即为表面弛豫，具体表现为孔隙流体与岩石固体表面之间的弛豫现象。

3、扩散弛豫

分子处于布朗运动过程中会进行自扩散运动，扩散弛豫即为质子在梯度磁场中，由于分子扩散引起的弛豫特性。

岩石中孔隙流体的类型、孔隙尺寸、孔隙发育结构、孔隙表面岩石物理性质以及岩石颗粒表面润湿性等条件决定了3种弛豫机制对于孔隙内流体是否起作用。

通常对于亲水岩石来说，孔隙中水的T2弛豫时间主要由表面弛豫决定；对于稠油来说，其T2弛豫主要由自由弛豫决定；而轻质油的T2弛豫时间则由自由弛豫和扩散弛豫共同决定，并与油的粘度有关；天然气由于气体分子的扩散特性，其T2弛豫时间主要受控于扩散弛豫。

 实验准备:

两种不同尺寸规格的玻璃珠，小玻璃珠直径为um级，大玻璃珠直径为mm级；自来水；五水硫酸铜。

实验仪器：

岩心核磁共振成像分析仪，频率约22MHz，探头线圈直径15mm，实验温度控制在31.99-32.00℃； 孔隙度、渗透率测定运用核磁共振岩心分析测量软件；

使用核磁共振成像软件，选全用自旋回波序列，完成T2加权像

孔隙度测定由于大小两类玻璃珠形成的孔隙大小不同，饱水后（孔隙完全被水充满）孔隙内水的弛豫时间差别较大，定标时分别用纯水做大玻璃珠定标线，用饱水后的小玻璃珠做小玻璃珠的定标线。定标数据如下：

饱和度、渗透率测定

在干燥玻璃珠内不断滴入水，直至饱水。取滴水过程的三个时间点（暂态）做孔隙度测定，饱和度=（暂态孔隙度/饱水孔隙度）＊（暂态总体积/饱水总体积）。渗透率计算按SDR模型，设模型参数a=1。测试结果如下：

饱和度计算是在孔隙度的基础之上的，所以其准确度与孔隙度的准确度密切相关。渗透率随着水量增加而增加，且在同级别饱和度下，大玻璃珠内渗透率大于小玻璃珠。

核磁共振成像小玻璃珠成像

左：饱水时，饱和度=；右：饱和度=14.31%

　　左图的图像上方较亮部分为水溶液，下方偏暗色区域为饱水的小玻璃珠。右图的图像中为非饱水样品。由图像可知在样品内部水分分布并不均匀。

大玻璃珠成像

左、右为同一只样品。得到左侧图像后将样品搅动后再采集右侧图像，以观察变化。

孔径分布

当孔隙内的液体为水且磁场梯度近似为零时，多孔介质体系中T2只与孔隙结构有关，在已知T2分布的情况下，即可根据设定模型求出孔隙分布情况。

左：大玻璃珠孔隙分布，饱和度分别为1：32.35%；2：71.13%，3：94.08%；4：。右：小玻璃珠孔隙分布，饱和度分别为1：19.25%；2：40.57%，3：60.26%；4：。图中横坐标为T2，纵坐标为信号强度。对于同一幅T2分布图，各个峰面积比总面积代表对应孔隙所占比例。

大、小玻璃珠随着饱和度的升高，信号强度逐渐增强，各个峰之间的比例关系较为固定，说明孔隙分布受饱和度影响较小。

      目前，核磁共振已经成为石油勘探的有力工具，它能够准确的分析岩心孔隙结构，提供孔隙度、孔隙分布、渗透率、束缚流体饱和度、自由流体饱和度等较为全面的孔隙结构相关信息。其次，核磁共振也是目前能够准确分析孔隙内流体性质和状态的有力工具，与常规的中子、密度和声波测量方法相比，核磁共振方法可以提供以下三种常规方法无法得到的岩层信息：（1） 关于孔隙中流体数量的信息；

（2） 关于流体特性的信息；

（3） 关于含流体孔隙尺寸的信息。

低场核磁研究的内容主要是物质的弛豫特性，即物质核磁信号的衰减快慢。通常，我们用弛豫时间来表示物质弛豫的快慢，弛豫时间越短，物质核磁信号衰减的越快。

岩心是较为典型的多孔介质，在岩心内往往会发生以下三种弛豫现象：

1、体弛豫

体弛豫(bulk relaxation)，是指多孔介质孔隙内液体固有的弛豫机制，这与大多数液体体系的弛豫机制相同，其弛豫的快慢由液体的物理属性（如粘度、物质结构等）决定，其与孔隙本身无关，通常发生在孔隙尺寸在50nm以上的大孔隙或岩心裂缝处。

2、表面弛豫

表面弛豫(surface relaxation)，是与多孔介质孔隙大小相关的弛豫机制，该弛豫发生在液体与固体的接触面，其弛豫的快慢由孔隙大小来决定，孔隙越小，弛豫的速度越快，通常发生在尺寸在2nm‐50nm之间的孔隙内部。

3、扩散弛豫

，　扩散弛豫(diffusion relaxation)，是受孔隙内液体本身自扩散影响的弛豫机制，扩散只会影响体系的横向弛豫时间而不会影响体系的纵向弛豫，因此，只存在横向扩散弛豫。

（来源：苏州纽迈分析仪器股份有限公司）

一直以来，T₂谱是我们最熟悉也是最常用的数据，然而小编在工作中发现并非每一个使用核磁的人都了解T₂弛豫，所以才萌生出做本期科普的想法，开始之前我们先做个小测验：

1：什么是T₂弛豫？是如何发生的？

2：为什么有时候我们叫T₁弛豫T1relaxation,T₂弛豫T₂ decay?

3: 影响T₂弛豫的因素有哪些？

如果以上这三个问题对您有难度，那接下来的1500字的内容，请务必认真看完，这对于您理解实验结果，明白纽迈核磁共振仪器的参数设置至关重要。

01 什么是T₂弛豫？是如何发生的？

教科书上是这样描述T₂的，it describes the T transversal ,thus the relaxation of the transversal magnetization,即横截方向的上的磁化量。首先我们来回顾下T₂弛豫是如何发生的？

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当施加一个90°脉冲后， 所有的质子都发生90°的偏转，在横截面方向上磁化矢量都朝着一个方向，此时Mx达到ZD。当撤去射频后，此时差别就显现出来了，由于每个H质子所处的环境不同，其进动的拉莫尔频率也会有细微的差别，这种差别就会造成有的转的快，有的转的慢，如同扇子从合到开的过程一样（或者孔雀开屏一样），直到0。这个过程被称为横向弛豫过程。 

聚焦到T₂弛豫，归纳起来就是因为各个H质子的拉莫尔频率（或者说相位）不尽相同，当撤去射频脉冲后，质子由聚到散的过程。

弛豫过程（来源于新浪博客:再谈核磁共振弛豫）

举个例子，就如同体育课上，当体育老师说大家站成一整排（对应给与射频脉冲时刻），然后体育老师又说：“好了，大家自由活动，解散！”于是大家往各个方向走，整体就变得无序。

左边示意图：刚施加完90°脉冲，所有的H质子都朝向一个方向，初相位相同，此时MxyZD。

右边示意图：当撤掉90°脉冲，每个H质子频率差异，导致相位不同，整体的横向磁化矢量不断抵消，Mxy逐渐减少直至为0。

因此这里就能回答我们最开头提出的第二个问题，为什么有的时候叫做T₂ decay?

decay是衰退、衰减的意思，因为T₂弛豫描述的就是这样一个从有序到无序，从相干到不相干的过程。定量的看，描述的就是其横向磁化分量以指数衰减的过程（CPMG序列中）。

横截方向上Mx的就是从ZD值逐渐衰减到0的过程，同样的，当t=T₂时候，Mxy=0.37M0。

因此T₂弛豫的数学定义是：

当横向磁化矢量衰减到ZD值的37%时所需要的时间。

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02 影响T₂弛豫的因素有哪些？

影响T₁和T₂的内部因素

1.内部因素

分子运动：分子运动越慢，T₂越小；例如冰和固体；

分子尺寸：分子尺寸越大，T₂越小；例如食品中淀粉等大分子的弛豫时间比水和油脂短得多。

分子结合状态：结合越紧密，T₂越小；食品中水的多层结构理论

2.外部因素

磁场不均匀：千万不要小看这个因素，磁场不均匀会加速散相过程（使得H质子之间的差异更大），从而测得的T₂比实际的T₂衰减的快的多的多。

因此T₂分析中，不直接用FID序列，而是在FID后面加180°复相脉冲，可以抵消主磁场恒定不均匀造成的信号衰减，从而获得真正的T₂弛豫。T₂弛豫的分析序列这块，我们放在下一篇来讲。

关于T2弛豫在科研中的具体应用，刚入门的新手可以参考这篇：低场核磁共振都有哪些数据利用形式？

如果您对某个领域有更深入的需求，欢迎与我们工程联系。

03 总结：T₁和T₂的对比

04 T₁与T₂的联合：二维核磁共振技术

T₁与T₂并不是非A即B的竞争关系，T₁与T₂是H质子的不同维度的属性，可以优势互补，充分利用（我们当然可以同时采集一个样品的T₁和T₂信号，用于对样品的深入分析）。

孔隙流体在T₂谱上信号重叠

纽迈新开发的多维核磁共振技术，例如T₁-T₂技术、D-T₂技术等等，能弥补一维弛豫谱信号重叠的问题，在食品农业领域研究水分交换、在岩石土壤领域研究水分迁移

更重要的是，在石油能源领域研究孔隙流体识别。

页岩孔隙流体在T₁-T₂谱上的分布

D-T₂技术区分不同分子量油、气、水

关于二维核磁共振技术，尤其是针对孔隙流体识别方面，我们还有很多客户发表的文献等资料，如果您感兴趣，欢迎与我们工程师（微信号：18616298890）。

参考来源：

1.B站：智能医学成像-贾广 （感谢贾教授提供课件）

2.纽迈大学内部学习资料

3.王琨,周航宇,赖杰,王坤杰,刘音.核磁共振技术在岩石物理与孔隙结构表征中的应用[J/OL].仪器仪表学报:1-12.

低场核磁弛豫技术用于CMP抛光液的原位分散性检测

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必备流程之一，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。

低场核磁弛豫技术用于悬浮液中颗粒尺寸变化和颗粒分散性检测

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，最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zui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。

低场核磁弛豫分析仪：

快速粘度分析仪多少钱是许多行业和科研机构在选购设备时需要关注的关键问题。粘度是衡量液体流动性的重要参数，快速粘度分析仪则能够在短时间内测量样品的粘度，广泛应用于石油、化工、食品、制药等多个领域。了解其价格，不仅有助于预算控制，也能帮助用户选择适合的产品。本文将从多个方面探讨影响快速粘度分析仪价格的因素，并为您提供合理的购买建议。

快速粘度分析仪的价格受多种因素影响。市场上的设备种类繁多，价格从几千元到数十万元不等。设备的性能、品牌、测量精度、自动化程度以及附加功能等都在其中起到了决定性作用。例如，高精度的仪器通常价格较高，而基础型的设备则价格较为亲民。仪器的测量范围和速度也是影响价格的关键因素。某些快速粘度分析仪不仅能够提供快速、准确的测量，还具备数据分析和管理功能，这些附加功能使得仪器价格更加昂贵。

设备的品牌和制造商的技术支持也是价格差异的重要因素。知名品牌通常提供更为稳定和的产品，同时也会有完善的售后服务保障，这也是价格较高的原因之一。而一些本土或新兴品牌，虽然设备性能可以满足一般需求，但在技术支持和售后服务上可能略逊一筹，因此价格较为实惠。对于一些企业或研究机构来说，选择合适的品牌不仅是为了节省成本，更是为了确保设备的长期稳定性和技术支持。

除此之外，购买渠道的选择也会影响价格。直接从生产厂家采购通常会比通过经销商或代理商购买价格更加优惠。虽然通过代理商采购可能会有更好的售后保障和安装服务，但其价格可能会因为中介费用而略高。因此，消费者在选购时需根据自身需求权衡不同购买方式。

在购买快速粘度分析仪时，除了关注价格外，还应考虑到自身需求。对于某些特殊用途或高要求的测试任务，选择一款高端设备可能是必需的，而对于一般的工业应用或科研项目，基础型设备可能就足够了。选择一款合适的快速粘度分析仪，不仅要结合价格，还需综合评估其性能、品牌信誉和售后服务。

快速粘度分析仪的价格差异来源于多个因素，消费者在选择时应综合考虑设备的性能、品牌、功能及售后服务等多方面因素，以做出合适的采购决策。

快速粘度分析仪图谱是化学、制药、食品等行业中常见的分析工具，用于测定物质的粘度变化情况。正确解读快速粘度分析仪图谱，可以帮助我们更好地理解样品的流变性质，进而优化生产工艺、提高产品质量。本篇文章将深入探讨如何通过分析图谱来准确评估样品的粘度特征，并解释图谱中各个关键参数的含义及其应用，帮助专业人士更高效地利用这一工具。

快速粘度分析仪的基本原理与应用

快速粘度分析仪通过测量物质在一定条件下的粘度变化，揭示其流变特性。通过施加不同速度或剪切应力，仪器记录样品的粘度响应，并生成图谱。图谱中通常包含了多种信息，如剪切速率、粘度变化、温度等，能够反映样品的流动性、结构稳定性及其在不同条件下的表现。粘度分析广泛应用于聚合物、油品、食品等行业，帮助研究人员和工程师优化配方和工艺。

快速粘度分析仪图谱的解读要点

在解读快速粘度分析仪图谱时，首先需要关注图谱的横轴和纵轴。横轴通常代表的是时间、剪切速率或者温度，纵轴则是粘度的数值。通过对这些数据点的趋势分析，可以了解样品在不同条件下的行为。

1. 剪切速率与粘度关系：图谱的变化往往与剪切速率的变化密切相关。随着剪切速率的增加，粘度往往会呈现下降趋势，表现为液体的流动性增强。若样品表现为剪切变稀，说明其具有剪切稀化特性；反之，则为剪切增稠。
2. 温度对粘度的影响：通过调节温度，分析粘度的变化趋势可以揭示样品的热稳定性及其在不同温度下的适用范围。例如，聚合物在高温下可能会发生流变性质的显著变化，这对于产品的加工工艺非常重要。

如何利用图谱优化工艺与产品质量

解读快速粘度分析仪图谱的精确性直接影响到工艺改进和质量控制。在生产过程中，通过分析图谱中粘度的变化，可以预测产品在实际应用中的表现。例如，油品的粘度曲线可以帮助预测其在低温下的流动性，聚合物的剪切速率-粘度图则能够优化其加工条件。

粘度图谱也能为原料选择和配方调整提供数据支持。通过对比不同原料或配方下的粘度图谱，工程师可以识别佳的配方组合，确保产品在生产过程中具有理想的流变特性。

结语

快速粘度分析仪图谱是现代工业生产中重要的分析工具，通过准确的图谱解读，可以为产品质量提升、工艺优化提供重要的数据支持。了解并掌握图谱的解读方法，不仅能提高工作效率，还能有效避免潜在的生产问题，帮助企业在激烈的市场竞争中脱颖而出。