低场核磁共振及成像技术分析天花粉干燥过程中水分变化规律

目的:研究天花粉样品干燥过程中水分含量状态、状态与分布变化规律,为天花粉合理加工提供依据.方法:采用低场核磁共振与成像技术(LF-NMR、MRI)研究天花粉样品在干制过程中氢质子(H)的横向弛豫时间(T_2)、MRI图像的变化.结果:鲜天花粉中水分含量为64.96%,主要为自由水(峰面积占比77.79%),其余为束缚水.在干燥过程中,T_2向左移动,水流动性降低,自由水含量不断降低,束缚水含量先减少后增加,随后再减少;干燥终点时,自由水含量先于束缚水趋近于零值,饮片外层水分先于内层干燥完毕,且干燥过程随干燥温度升高而加快. MRI图像可直观显示样品水分含量和分布区域由外向内的变化.结论:建立了中药水分低场核磁分析技术,为中药干燥终点判定与工艺条件优化提供了新的技术手段与示范.     

紫荆种子吸胀和层积过程中不同相态水分变化的核磁共振检测

【目的】应用低场核磁共振技术揭示紫荆(Cercis chinensis)种子吸胀和层积过程中水分相态的变化,再结合层积过程中营养物质含量的变化,分析各相态水分在其中的作用,揭示紫荆种子萌发过程中的物质基础和生理状态。【方法】对80 ℃热水处理解除硬实后的紫荆种子,用称重法确定其吸水曲线。随机选取一部分紫荆种子经低温层积处理解除其生理休眠,测定不同层积阶段紫荆种子的发芽率和营养物质含量,同时采用低场核磁共振技术测定吸胀和层积过程水分相态及含量的动态变化。【结果】①80 ℃热水浸种5 min后再进行60 d低温层积可以有效提高紫荆种子的发芽率。②紫荆种子的吸水曲线呈“ S”形变化,(0,9] h为快速吸水阶段,(9,24] h吸水速率逐渐减慢,24 h后进入平衡吸水期。③核磁共振波谱图表明,紫荆种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈显著线性关系:y = 164 604.7 x + 4 962.3,决定系数R² = 0.999 6。④根据核磁共振T₂弛豫谱将紫荆种子吸胀过程中水分相态分为束缚水(T_2a)、自由水(T_2b)和刚进入种子的水分(T_2c)3种。⑤紫荆种子吸水0~3 h过程中T_2a含量持续下降,T_2b含量大幅度增加;3 h后出现了T_2c,此后仅存在T_2b和T_2c,两者含量均呈增加趋势,峰顶点右移,水分流动性增强。层积过程中T_2b和T_2c峰顶点向右偏移,峰面积和峰比例波动变化,总的来说向水分流动性增强的趋势发展。⑥紫荆种子层积过程中,淀粉含量持续下降,可溶性糖含量呈上升态势,可溶性蛋白含量呈先上升后下降的变化趋势。【结论】紫荆种子吸水层积过程中,水分的流动性增强。吸胀过程紫荆种子中出现过T_2a、T_2b和T_2c 3种相态的水分,层积过程仅出现过T_2b和T_2c两种水分,且淀粉、可溶性糖和可溶性蛋白等营养物质含量的变化与T_2b含量的变化趋势大体相同。各相态水分的波动变化为紫荆种子萌发提供适宜的水分环境,其中层积过程T_2b的各种变化可能与其萌发密切相关。     

低场核磁共振法快速检测炸油质量

由于在高温油炸过程中的快速劣变,市场上油炸用油的质量问题日益受到人们的关注. 为了研究低场核磁共振技术在市场上复杂油炸条件下的油炸用油质量快速检测中的表现,共从上海市10个行政区的市场上共采集油炸用油样品107个,包括大豆油96个,起酥油11个. 通过测定油样的极性组分和黏度,发现6个(占总样品数56%)油样的极性组分超过国家标准,说明市场上油炸用油存在一定的安全问题. 通过线性分析发现极性组分和黏度之间的线性关系良好,R2为0892,除去样品中11个起酥油后R2则达到0927. 用低场核磁共振仪测定各油样后,通过对多组分T2弛豫图谱中T21峰面积(S21)比例的分析发现,S21比例与极性组分和黏度呈现良好的相关性,R2值分别为0860和0840,除去油样中的起酥油后R2值略有上升,分别达到0865和0854. 这说明可以利用低场核磁共振技术达到快速检测市场上油炸用油品质的目的.     

水合物低场核磁共振弛豫响应

水合物核磁共振表征对于海上水合物储层勘探以及地层描述具有重大意义。设计实验探究了溴化四丁基铵(TBAB)水溶液在分级降温与升温过程中的低场核磁共振弛豫响应特征。实验数据结果表明,变温过程中横向弛豫时间(T₂)分布存在3个区间,即小峰区间(小于4 ms)、中峰区间(4～100 ms)和大峰区间(100～3 000 ms),核磁共振弛豫信号分别来源于水合物、TBAB分子和水中的氢原子核。测试样品的温度以及T₂分布演化规律能够识别样品中所包含物质,即固态水合物、TBAB水溶液、水、冰。小峰信号由水合物提供,依此建立了水合物核磁共振信号(幅值和T₂)与温度的关系,可以作为量化分析水合物含量的温度校准依据。     

银杏白果干燥过程中水分分布及迁移的变化

【目的】探讨银杏白果在干燥过程中水分分布、迁移规律及低场核磁共振信号量与含水量之间的关系,为银杏白果水分传递模型的建立以及储存过程中含水量的快速测定提供依据。【方法】利用低场核磁共振技术,对不同热风干燥温度(50、60、70、80、90 ℃)处理的银杏白果中氢核的横向弛豫衰减信号进行测试,并利用SIRT模型对数据进行反演,得出横向弛豫时间T₂的反演数据。利用自旋回波脉冲序列对银杏白果的质子密度加权成像。【结果】银杏白果中的水分主要有3种存在状态,分别为结合水(0.79~7.32 ms)、束缚水(13.67~89.07 ms)和自由水(109.70~1 072.27 ms)。经过热风干燥处理改变了银杏白果中水分的结合状态,水分发生明显迁移,自由水和束缚水的信号幅值随干燥温度的升高而逐渐减弱。不同含水率银杏白果的反演峰总面积不同,随着干基含水率的增加,核磁共振信号增强、峰面积增大,两者具有显著的相关性,拟合方程为y=7 436.46x + 153.32(R²=0.993)。核磁共振成像技术通过图片明暗的不同,直观地呈现出不同阶段的水分含量。【结论】干基含水率与核磁共振横向弛豫时间、弛豫峰面积之间有较好的相关性,可以利用低场核磁技术快速检测出银杏白果中的水分含量。通过核磁共振图谱也可以直观地观察银杏白果内部水分含量的变化。     

基于低场核磁共振的煤岩孔裂隙结构定量表征

为探究原生煤和构造煤的孔裂隙结构特征,以山西吕梁华晋焦煤有限责任公司沙曲二号煤矿为研究对象,通过低场核磁共振手段研究了原生煤和构造煤的孔裂隙结构差异,并讨论了不同类型煤样T2图谱、不同类型孔裂隙占比、有效孔隙率和孔隙分形维数等特征。结果表明：原生煤由微孔、中孔和大孔构成,且微孔占主导。构造煤由微孔、小孔、中孔和大孔构成,且中孔和大孔所占比例远大于原生煤。无论是饱和水煤样还是束缚水煤样,构造煤的孔裂隙复杂程度和分布范围均大于原生煤。对比了两种煤样瓦斯赋存和运移能力的差异,认为构造煤有利于瓦斯渗流,而原生煤则更有利于瓦斯吸附和扩散。通过计算得出构造煤的总孔隙率和有效孔隙率均大于原生煤,其孔裂隙结构更为发育。此外,结合分形理论发现构造煤吸附孔的复杂程度大于原生煤,而其渗流孔的复杂程度略小于原生煤。研究结果可为构造煤瓦斯灾害治理和煤层气高效开发提供一定理论参考。     

基于低场核磁共振和物性分析技术的牡丹皮饮片干燥特性及动力学研究

目的:量化表征牡丹皮饮片干燥过程的水分、物性变化,为阐明牡丹皮饮片干燥机制、优化干燥工艺提供科学依据。方法:构建牡丹皮饮片干燥特性曲线,研究其干燥动力学特征;采用低场核磁共振及其成像技术(LF-NMR/MRI)和物性分析技术,分别研究牡丹皮干燥过程中的水分相态、分布迁移变化和物性特性变化;采用HPLC法考察牡丹皮饮片干燥过程中指标成分丹皮酚和芍药苷的质量分数变化。结果:55℃干燥时,牡丹皮饮片具有恒速干燥阶段和降速干燥阶段,需干燥5 h。LF-NMR/MRI结果显示,干燥过程中,水分由外向内散失;水分相态发生显著变化,结合水比例先大幅度增长后小幅度下降;干燥2 h后,检测不到牡丹皮水分成像信息。各物性指标随着干燥时间的延长而变大,前2 h内随干燥时间变化不明显,2 h后变化显著。干燥5 h内,牡丹皮饮片芍药苷、丹皮酚质量分数无明显变化。结论:干燥动力学、低场核磁共振和物性分析技术可直观量化表征牡丹皮饮片干燥过程,为阐明牡丹皮饮片干燥机制、优化干燥工艺提供理论依据。     

干旱胁迫及复水对刺槐苗水分运输过程的影响

为探讨在干旱胁迫及复水条件下,植物对体内水分运输过程的调控能力,以盆栽2年生刺槐苗木为材料,用改良的"冲洗法"测定了干旱及复水处理条件下刺槐苗木体内水分运输过程参数。结果表明:1刺槐苗木水分运输过程胁迫指数随干旱胁迫程度的增大而增大,不同处理间胁迫指数均差异显著(P<0.05)。不同时期刺槐苗木水分运输过程胁迫指数从大到小呈现为:生长初期、生长旺期、生长末期的趋势。2干旱胁迫复水24 h后,刺槐苗木水分运输过程参数均有不同程度恢复,恢复度变化随干旱胁迫程度的增加而减小,不同处理间恢复度均差异显著(P<0.05)。3干旱胁迫复水24 h后,刺槐苗木水分运输过程存在补偿效应且主要出现在苗木的生长旺期轻度干旱胁迫条件下,补偿指数随胁迫强度的增加而下降,不同处理间差异显著(P<0.05)。因此,干旱胁迫会对植物造成一定的伤害,然而植物为保持正常的生理活动,能够启动一系列应激反应来阻止、降低或修复干旱胁迫造成的伤害且恢复程度与苗木生长时期及干旱胁迫程度密切相关。复水24 h后,刺槐苗木水分运输过程存在明显补偿现象,这是生物保存自身的一种重要机制,弥补干旱胁迫对苗木所造成的损失。     

采用核磁共振的大孔隙残积土水分迁移分析

为揭示大孔隙残积土的水分迁移机理,以原状、重塑花岗岩残积土为研究对象,基于核磁共振分析入渗试验、吸湿试验及干湿循环试验过程中土样基质域和大孔隙域的水分迁移规律。结果表明：入渗试验中,初始状态下原状和重塑土试样中水分主要分布在基质孔隙,随着入渗持续,大孔隙中T2曲线信号幅值逐渐增大且随着时间增加增速变快;吸湿试验中,由于基质吸力的存在,水分主要进入基质孔隙中,且土壤初始含水率与基质吸力呈反相关关系;干湿循环试验中,干湿循环后土壤中出现微小裂缝和孔隙,随着循环次数增加,裂隙逐渐贯通形成大孔隙,部分基质域中的水分进入大孔隙中。     

基于低场核磁共振的二元结构含水层LNAPL迁移及分布规律研究

为进一步提高对不同地层中水油分布运移规律的认识,利用低场核磁共振技术,对“上粗下细”的常规二元结构含水层和“上细下粗”的倒转二元结构含水层中的污染物迁移及分布规律进行研究。分别对单层和双层多孔介质模型进行NMR测试和T2谱分析,并结合理论模型对比验证。研究结果表明：在二元结构地层中,轻非水相液体(LNAPL)的运移扩散方式为横向扩散和逆向渗吸,而决定扩散方式的主要因素为污染物的泄漏位置：当LNAPL泄漏在常规地层顶部或倒转地层内部时,污染物的运移主要以横向扩散为主;而当LNAPL泄漏在常规地层内部或倒转地层顶部时,二元结构内部发生逆向渗吸现象;在逆向渗吸过程中,毛细管力对水的牵引方向决定渗吸方向,LNAPL重力的存在影响渗吸速率：当渗吸方向与LNAPL重力方向一致时,渗吸速率明显提高,渗吸过程完成时间提前52.69%;反之,渗吸方向与重力方向相反时,渗吸速率降低25.80%。     

核磁共振技术采油机理

在深入研究新疆克拉玛依油田八区下乌尔禾组砾岩油藏储层特征的基础上,应用核磁共振技术研究采油机理。在实验室内对同一岩样分别进行水驱油实验和渗吸实验,研究不同开采方式下油水分布、采出程度及孔隙动用特征。结果表明:小孔隙占总的孔隙体积的50%以上,中孔隙和大孔隙各占20%以上,水驱采油主要发生在大孔隙和中空隙中,小空隙所做贡献很小。渗吸采油时,小孔隙内的油是采出程度得主要贡献,与水驱采油的情况明显不同。但渗吸总体采出程度比较低,渗吸速度较慢。因此水驱采油是该地区低渗透砾岩储层采油的主要技术,渗吸作用可以有效动用小孔隙,是水驱采油的补充。     

核磁共振研究低渗透砂岩油水两相渗流规律

低渗透岩芯孔喉细小,孔隙结构复杂,人造微观孔隙模型很难真实反映其微观孔隙结构.本研究利用真实岩芯,以去氢煤油为模拟油,利用核磁共振技术,研究了油水两相渗流规律,揭示了排驱和吸入过程的束缚水、残余油和采出油在不同孔隙中的分布,讨论了其形成机制,定量研究了驱替过程中渗吸作用的程度.结果表明,随着孔隙半径的增大,孔隙中束缚水饱和度逐渐降低,大于0.1 μm的孔隙空间是低渗透储层主要的储集空间,而残余油主要分布在中小孔隙,并且低渗透储层渗吸作用明显.本研究车富了核磁共振技术在油田开发中的应用.     

火山岩气藏气水动态渗吸效率研究新方法

火山岩气藏孔、缝发育且多为含水气藏,为研究火山岩气藏开发过程中的气水动态渗吸作用及其影响因素,综合运用岩石物理模拟试验、核磁共振及离心试验技术建立一套定量研究火山岩动态渗吸效率的新方法,并应用大庆火山岩气田的实际岩心试验验证方法的可行性。结果表明:动态渗吸效率随驱替速度的增加先增大后减小,在流速为0.04 mL/min时达到渗吸作用和驱替作用的动态平衡,并实现渗吸效率的最大化;渗吸效率随初始含水饱和度的增加而降低;同一岩心在不同状态下的渗吸效率不同,干岩心的静态渗吸效率最大,其动态渗吸效率次之,束缚水条件下岩心的渗吸效率最低。     

低温预处理对刺槐种子活力和幼苗生长的影响

采用低温（3～5℃）预处理刺槐种子能显著提高种子的萌发率和萌芽活力，其中以处理5d的效果最好。经低温处理的种子发芽时问缩短．发芽高峰出现的早，发芽指数和活力指数均明显高于对照；质膜透性减弱，外渗液电导率降低；幼苗的逐日生长量大、平均生长量较对照高。表明种子萌发前经低温预处理能有效提高种子活力水平，有利于好苗、壮苗的形成。     

纠缠态在退相干下的演化

爱因斯坦和玻尔关于量子力学诠释的争论中提出了粒子具有纠缠性问题[1].虽然由于局域性方面存在问题,爱因斯坦的观点没有被广泛接受.但粒子的纠缠性已经在光子的隐形传态实验中得到了证实,并已经在量子信息中得到了广泛的应用[2-3]. 本文首次应用核磁共振(NMR)实验着重讨论粒子间的纠缠性和相干性的关系. 实验中,以13C标记氯仿为样品,D6-丙酮为溶剂,13C和1H核分别为A,B 2个量子位.实验数据由德国布鲁克公司生产的Avance DRX500核磁共振仪获得.整个实验在控温条件(22℃)下进行.两核的共振频率分别为νA=125.76MHz和νB=500.13MHz,耦合常数J=215Hz.     

页岩带压渗吸核磁共振响应特征实验研究

为进一步认识页岩气储层岩石中压裂液等外来流体的影响,选择四川某页岩气藏岩样完成了不带压和带压下渗吸核磁共振响应特征实验。结果表明,不带压自发渗吸过程中,岩样的T₂谱曲线峰值增加、两翼扩展,从单峰特征变成了双峰特征,表明页岩岩样中的渗吸量随时间的增加不断地增加,并形成了新的孔缝系统,这与扫描电镜实验观察的渗吸前后孔隙结构变化结果一致。带压渗吸过程中,岩样的T₂谱曲线表现为单峰特征,且基本上不发生变化;当卸载应力后完成不带压自发渗吸实验时,岩样的T₂曲线表现出了与之前不带压自发渗吸实验观察一致的结果,这说明岩样上作用的应力影响页岩的渗吸特征。因此,在页岩渗吸实验评价及应用中应考虑应力敏感性的影响。     

川南龙马溪组页岩核磁渗透率新模型研究

为了更加快速有效地进行页岩渗透率的测试,以四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩为研究对象,进行页岩低场核磁共振和高速离心实验。以脉冲渗透率为标准,对比分析目前常用的4种岩石核磁渗透率模型的相对误差,这4种模型中只有扩展后的SDR模型相对误差较小,其他3种模型误差很大,不适用于页岩核磁渗透率的计算。为了进一步减小页岩核磁渗透率的计算误差,在SDR模型的基础上建立一种新的页岩核磁渗透率的单参数模型。结果表明,新模型相关系数可达到0.967,与脉冲渗透率的相对误差平均为18.31%,证明新模型能更准确地计算页岩的核磁渗透率,为页岩渗透率的测试提供了一种新的快速、无损、有效的实验方法。     

磁弛豫时间在食品安全检测中的应用研究进展

食品安全是全社会高度关注的话题,低场核磁共振(LF-NMR)技术因无需前增菌,具有灵敏度高、操作简便、设备与试剂国产化率高等特点,在食品安全检测中引起了广泛关注.弛豫时间的变化是LF-NMR的关键性检测指标.从横向弛豫时间T_2、纵向弛豫时间T_1的形成原理和特点出发,综述了基于T_2转换原理的生物传感器在食品掺假、食品保鲜、化学污染物、微生物等领域的检测应用,以及T_1在提高定量分析的灵敏度方面的作用.