核磁共振测定食品水分分布

一、核磁共振测定食品水分分布的原理

低场磁共振（NMR）技术可以用于非破坏性地测定食品中的水分分布。其原理基于食品中的水分分子和固体分子在磁场中的不同行为，即水分子和固体分子对磁场的响应不同。

当食品样品放入核磁共振仪中时，样品中的氢原子会受到外加磁场的影响，并产生共振信号。水分子中的氢原子（即水分子中的两个氢原子）具有不同的磁共振频率，因此可以通过测定氢原子的磁共振信号来确定水分子的存在和数量。

核磁共振蘑菇干燥过程水分迁移图谱

利用核磁共振技术可以在食品样品中制作磁共振图像，该图像可以显示水分分布情况。通过分析这些图像，可同时获取样品在时域和空间上的信息，可获得样品整体的不同状态水分的弛豫时间分布及内部任意层面的图像，方便食品样品的内部结构特性。

核磁共振蘑菇干燥过程水分迁移伪彩图

二、核磁共振测定食品水分分布的方法的优势

1.非破坏性：核磁共振技术可以在不破坏食品样品的情况下获取水分分布信息，因此不会影响样品的质量和口感，也不需要对食品样品进行预处理。

2.精确性高：核磁共振技术可以精确测定食品中水分的分布情况和含量，相对于传统的重量法和干燥法等方法，更加准确。

3.高效性：核磁共振技术可以快速制作磁共振图像，从而快速获取食品样品中水分分布信息，大大提高了分析效率。

4.可重复性好：核磁共振技术具有良好的可重复性，可以保证在不同的实验条件下获得相似的结果。

核磁共振测定食品水分分布的方法广泛应用于食品中的水分含量测定、水分分布及流动性变化情况研究，并与其食用品质、加工贮藏特性间的进行了相关性研究，可实现快速、动态地预测和控制食品的质量品质。随着国产化低场核磁共振设备日趋成熟和快速发展，国内同行使用仪器成本大大降低，低场核磁共振技术将在食品水分分析中起着越来越重要的作用。

推荐仪器：核磁共振成像分析仪NMI20-040V-I

低场核磁共振研究草莓水分分布

1、实验目的

通过低场核磁共振技术获得四个干燥草莓样品水分分布信息。

2、实验材料

客户提供4个干燥草莓样品，分别编号为空白、80℃-1.5h、80℃-3h 、80℃-4.5h 。

3、实验仪器

纽迈低场核磁共振成像分析仪，磁体强度0.5T，线圈直径为60mm，磁体温度为32.00℃

4、样品制备

将样品放入核磁仪器线圈中，进行测试。称量得到样品的质量如下表所示。

5、实验参数

采用CPMG序列进行T2弛豫分析，参数（略）。

6、实验方法

采用CPMG序列及sirt反演得到样品水分分布曲线。

7、分析及结果

T2弛豫分析

使用迭代寻优的方法将采集到的T2衰减曲线代入弛豫模型中拟合并反演得到样品的T2弛豫信息，包括弛豫时间及其对应的弛豫信号分量，横坐标为范围从10-2 ms到10000 ms对数分布的200个横向弛豫时间分量T2，纵坐标为各弛豫时间对应的信号分量A2i（为便于定量分析，该信号分量经质量的归一化处理），已知信号量与其组分含量成正比关系，积分面积A即为样品的信号量。

T2弛豫时间反映了样品内部氢质子所处的化学环境，与氢质子所受的束缚力及其自由度有关，而氢质子的束缚程度又与样品的内部结构有密不可分的关系。氢质子受束缚越大或自由度越小，T2弛豫时间越短，在T2谱上峰位置较靠左；反之则T2弛豫时间越长，在T2谱上峰位置较靠右。

三个峰分别代表不同弛豫时间的质子分布，峰面积代表该组分质子含量。

从上面可以看出：

1. 从峰个数来看，样品都有三个峰；而且根据峰的弛豫时间，应该归为结合水（T21a）、次结合水（T21b）和不易流动水（T22）。

2. 从峰比例来看，样品的结合水比例均较大，说明样品中水的自由程度都很低，表现出来的横线弛豫时间很小。

3. 样品之间峰的弛豫时间变化不大，峰比例的区别也较小，但是略有区别。样品80℃-1.5h的结合水比例略小于其他组样品。

8、结论

四个样品中水分都主要以结合水形式存在，水的自由程度都很低，表现出来的横线弛豫时间很小，且样品80℃-1.5h的结合水比例略小于其他组样品。

一、塑料粒子行业水分含量影响

水分含量是影响诸如聚酰胺和 聚 碳 酸 酯（PC）等树脂加工工艺、产品外观和产品特性的一个重要因素，而注塑过程中如果使用水分含量过多的塑料粒子会产生一些加工问题，并Z终影响成品质量，如：产品表面开裂、反光、抗冲击性能和拉伸强度等机械性能的降低。此外，许多塑料产品在运输和存储过程中容易吸收一定的水分。因此，水分含量的控制对于生产高质量的塑料产品是至关重要的。

二、塑料粒子水分测定的重要性

塑料粒子是用来生产和注塑塑料制品的原料，广泛应用于各类塑料制品。塑料粒子的产品质量、色泽及表面水分，直接影响塑料粒子的注塑后塑料制品的质量。特别是塑料粒子的表面水分是影响其产品的重要因素。由于注塑过程是一个高温成型的过程，如果粒子表面含有一定水分，在高温成型过程中，表面的水分就会气化产生气泡。
而存在于塑料制品内部，也有可能造成塑料制品厚薄不均匀，从而影响塑料制品的外观及强度。所以实际测定粒子表面的水分含量成为塑料粒子及塑料制品一道关键程序。

为了获得准确、可靠的测定结果，上海禾工科学仪器有限公司专业研发推出了AKF-PL2015C塑料粒子专用水分测定仪！AKF-PL2015C采用测量分辨率达到1ppm的库伦法卡尔费休水分测定仪，精度有保证，进样方式采取卡氏加热炉进样方式，避免了除水分外的其他挥发性成分以及外界环境水分的影响，测量结果重复性好，精度高，是国家标准认可的测量塑料粒子水分的经典方法。

 AKF-PL2015C塑料粒子（树脂）含水量专用卡尔费休水分测定仪适用多种塑料粒子的生产及注塑，实现塑料粒子的水分含量检测。可测定ABS、聚丙烯酰胺（PAM）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（亚克力、PMMA）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、硅橡胶塞等等。

一、塑料粒子行业水分含量影响

水分含量是影响诸如聚酰胺和 聚 碳 酸 酯（PC）等树脂加工工艺、产品外观和产品特性的一个重要因素，而注塑过程中如果使用水分含量过多的塑料粒子会产生一些加工问题，并Z终影响成品质量，如：产品表面开裂、反光、抗冲击性能和拉伸强度等机械性能的降低。此外，许多塑料产品在运输和存储过程中容易吸收一定的水分。因此，水分含量的控制对于生产高质量的塑料产品是至关重要的。

二、塑料粒子水分测定的重要性

塑料粒子是用来生产和注塑塑料制品的原料，广泛应用于各类塑料制品。塑料粒子的产品质量、色泽及表面水分，直接影响塑料粒子的注塑后塑料制品的质量。特别是塑料粒子的表面水分是影响其产品的重要因素。由于注塑过程是一个高温成型的过程，如果粒子表面含有一定水分，在高温成型过程中，表面的水分就会气化产生气泡。
而存在于塑料制品内部，也有可能造成塑料制品厚薄不均匀，从而影响塑料制品的外观及强度。所以实际测定粒子表面的水分含量成为塑料粒子及塑料制品一道关键程序。

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低场核磁共振法研究胡萝卜干燥过程的水分迁移

实验目的

应用低场核磁共振技术检测的胡萝卜在不同条件下红外干燥过程中水分相态的变化。

实验材料

不同条件下干燥不同时间的胡萝卜。

实验仪器

PQ001低场核磁共振分析仪，线圈直径为25mm，磁体温度为32℃。

样品制备

共有如表1所示15种不同处理或不同干燥条件的样品，将样品置于红外干燥设备中干燥不同时间后，取出，称取一定质量放入25mm探头线圈进行T2弛豫分析检测。

实验参数

T2测试: TR=3000ms, TE=0.6ms, NECH=8000。

实验方法

T2测试:使用纽迈低场核磁共振分析测量软件及CPMG序列采集样品信号，并进行反演。

分析及结果

不同切片厚度胡萝卜的T2弛豫分析

胡萝卜样品干燥不同时间的T2弛豫图谱如下所示：

图1 胡萝卜干燥不同时间的T2弛豫图谱

由图1可知，胡萝卜在干燥过程中产生了3~4个峰，根据峰出现的时间先后分别命名为T21峰、T22峰、T23峰与T24峰，其中T21峰与T22峰（0.1~10ms）为结合水峰，T23峰（10~100ms）为不易流动水峰，T24峰（＞100ms）为自由水峰。在干燥初期或前期，样品产生了三个峰，继续干燥，样品产生了四个峰，峰个数改变可能是干燥程度的加深，样品内部结构发生变化，一部分结合水发生迁移，使得结合水峰个数为两个。

结论：

不同切片厚度、不同物料厚度、不同干燥温度、不同辐射距离及不同功率密度对胡萝卜干燥过程的水分相态的迁移及变化存在不同程度的影响和差异，具体变化详见实验报告正文。