基于数值计算模拟的仿真核磁共振波谱仪开发

核磁共振(NMR)波谱是研究有机分子结构的重要工具之一,其设备昂贵、仪器数量有限、科研机时安排紧凑、教学实验机时有限;若学生的NMR理论和实验基础较为薄弱,则易发生误操作损坏设备或降低设备性能;另外,NMR实验涉及流程较多、教学耗时较长.因此,针对学生的NMR实验教学难以广泛开展.为将虚拟技术更好地用于辅助NMR实验教学,本文基于数值模拟仿真技术,开发了具备真实NMR波谱仪基本功能的仿真NMR波谱仪——VMRS1.0软件.VMRS1.0软件可实现真实NMR实验须进行的调谐匹配、匀场、锁场、射频脉冲调节、原始数据采集等操作步骤,以及快速傅里叶变换、相位校正、自动寻峰、积分、测距、化学位移校正等基本数据处理功能;除简单的1D 1H和13C NMR波谱采集和数据处理外,还可模拟去偶、DEPT、HSQC等相对复杂的实验;另外,该软件可自行虚拟编辑1H或13C NMR实验样品.VMRS1.0软件摆脱硬件条件的限制,实现了与真实NMR实验类似的教学效果,可以让学生通过反复操作调试,更充分地掌握NMR基本原理和实验技能,再配合在真实NMR谱仪上的少量实际操作,可达到更加令人满意的实验教学效果.

低场核磁共振：弛豫和扩散的多维实验

近年来,低场核磁共振日益展示其在弛豫与扩散测量中的有效应用.在材料研究领域,诸如催化剂的研制、水泥的水化、岩石及土壤中的液体输运等,以及地质勘探和医疗诊断学中的人体组织性质的表征方面,核磁共振的弛豫与扩散测量都十分重要.特别是此技术在多维度方法方面的发展,大大促进了其在多孔材料方面的应用.多孔材料在人们生活的环境中无所不在,其微结构(微米级至毫米级)对于其性质和应用方面,具有决定性的作用.该文概述低场核磁共振的弛豫及扩散的多维度技术的基本原理、核磁共振方法学及其应用的若干关键性进展.

宽带磁共振T/R开关的设计与实现

磁共振系统中的发射/接收(transmit/receive,T/R)开关用于收发通路的切换,要求在隔离大功率信号的同时具有较小的插入损耗;另外,在宽带磁共振谱仪中,一般的窄带T/R开关也不再适用.本文基于PIN(positive-intrinsic-negative)二极管设计了工作频率为10~100 MHz的宽带磁共振T/R开关.通过减小电平跳变、优化开关过冲和解决二极管被动导通等问题,获得了插入损耗小于1 dB、大功率信号隔离度大于75 dB、开关时间1μs的整体性能.用本文设计的宽带T/R开关替代一般探头中的窄带T/R开关,在0.5 T核磁共振(NMR)波谱仪上测得了氢核和氟核两个不同频率的磁共振信号,验证了宽带T/R开关的宽带性能.

基于非谐振线圈的磁共振接收前端设计与实现

文中介绍了一种基于非谐振线圈的磁共振接收前端的设计原理和电路实现,将商用谱仪上的多通道谐振探头改造为非谐振线圈结构,并设计了一款与非谐振线圈匹配的低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA),不但能够较好地放大非谐振线圈接收的信号,还可以与后级的商用谱仪系统匹配使用,将信号传输到控制台进行数字化处理。在商用300MHz Bruker AVANCE III谱仪上,通过接收前端成功探测到了重水样品的NMR(Nuclear Magnetic Resonance)信号,与谐振电路相比,文中接收前端具有无需重新调谐的优势,实验结果初步验证了该接收前端宽频探测的可行性。