基于时域核磁共振技术的木材吸湿过程研究

木材吸湿会对其力学性能和尺寸稳定性产生影响,深入了解木材吸湿过程中水分状态的变化有重要意义.利用时域核磁共振(TD-NMR)技术,以美国黄杨木和红橡木作为研究对象,对木材吸湿过程中水分状态和弛豫特性进行研究.结果显示:吸湿过程的前4h,两种木材试件结合水峰面积迅速增大,自由水峰面积无明显增长,说明在吸湿初期,增加的水分主要以结合水为主;在达到吸湿平衡后,红橡木试件内自由水峰面积约为黄杨木试件内自由水峰面积的2倍,这是由于与黄杨木相比,红橡木管孔孔径较大,因此在吸湿过程中,红橡木的自由水吸湿速度较快,吸湿量大于黄杨木.

核磁共振测井时域分析法数值模拟及影响因素分析

核磁共振测井时域分析法已广泛用于评价油气层,并获得了很多成功应用实例.然而,由于储层结构的复杂性以及孔隙流体性质的多变,也常常见到应用失败的实例,影响了时域分析法的应用效果.本文通过数值模拟研究时域分析法在不同储层条件下识别流体的效果,并分别从孔隙流体类型、地层孔径变化、信噪比以及采集参数等方面,分析影响时域分析法应用效果的各种因素.结果表明,时域分析法可以识别黏度小于5 mPa·s的轻质油层.在小孔径油水同层,时域分析法能够得到准确的地层含油孔隙度;但在大孔径油水同层,得到的含油孔隙度大于地层实际含油孔隙度.对于大孔径水层,1 s的短等待时间不能使大孔可动水完全极化,差谱信号强,导致解释结果与试油结论完全相反.对于含气地层,虽然时域分析法可以准确得到地层含气孔隙度,但在小孔径气水同层,出现解释结果与试油结论不符的情况.大孔径气水同层与小孔径油气同层差谱特征类似,很难区分,建议综合利用双回波间隔测井资料,识别大孔径气水同层.当数据信噪比降低到一定值时,时域分析法差谱信号右端发散,无法准确确定地层的含油气孔隙度.气的含氢指数越大,识别气层越有利.建议重视核磁共振测井测前设计,优化采集参数,提高时域分析法评价油气层的效果.

利用时域核磁共振研究木材干燥过程水分状态变化

以新疆杨幼龄材为研究对象,以水分子中的H质子为探针,利用时域核磁共振技术探究木材干燥过程中水分状态变化与迁移。通过对干燥过程中水分变化的自由感应衰减曲线(FID)和横向弛豫时间(T2)进行测定与分析,探究木材内部水分状态变化及迁移过程。结果表明:利用时域核磁共振技术测得新疆杨的理论含水率(71.90%)与实际含水率(73.74%)相差1.84%。通过T2分布描述木材干燥过程中水分的迁移,例证在木材干燥的初始阶段结合水也有缓慢减少的现象。通过不同组分水的T2弛豫时间对应的峰面积定量计算出新疆杨幼龄材中不同状态水的含量。对干燥过程中的自由水、结合水及木材总含水量的变化建立相应的数学模型。

利用时域核磁共振技术分析测定松木松脂

将时域核磁共振技术应用于针叶材内松脂弛豫特性分析与其含量快速检测,以推进该技术在木材科研与工业领域的应用。以马尾松和辐射松两种针叶材树种作为研究对象,对气干后的试样进行时域核磁共振T2弛豫检测,其后将试样真空干燥处理排除水分,再次进行T2弛豫检测,获得木材试样内松脂的T2弛豫分布。检测一定数量真空干燥后的试样,再对其进行乙醚抽提,获得试样内松脂质量,将试样反演峰面积和松脂质量进行回归拟合。结果表明,真空干燥后马尾松与辐射松试样内松脂T 2弛豫分布呈现4~5个特征峰,其弛豫分布区间较宽,基本涵盖了0.01~200ms范围区域。结合两个树种木材解剖构造特性可定性认为T2弛豫时间大于10ms的特征峰来源于树脂道内松脂,小于10ms的特征峰是由于松脂进入树脂道及其周边管胞壁内产生。试样内松脂T2反演峰面积与松脂质量经回归拟合后呈高度线性关系,拟合度高于98%。通过核磁共振法计算得到的松脂含量与溶剂抽提法测定结果平均偏差较小。研究结果明确了两种针叶材内松脂T2弛豫分布特性,结合木材解剖构造特性确定了其与特征峰的对应关系,同时建立了松脂弛豫信号与其质量关系,该技术可用于针叶材内松脂含量的快速测定。

利用时域核磁共振研究脲醛树脂的固化过程

利用时域核磁共振(TD-NMR),测试加入氯化锌(ZnCl2)固化剂时,脲醛树脂(UF)的固化过程,旨为胶黏剂固化研究提供新的方法。试验结果表明:通过简单操作TD-NMR,可以快速地得到UF树脂固化过程的弛豫时间分布谱图;在100～120℃范围内,ZnCl2水解生成盐酸,UF树脂分子间发生缩聚反应;当温度高于140℃时,固化反应基本结束。

利用时域核磁共振研究脲醛树脂的固化过程

利用时域核磁共振（TD NMR）技术对无固化剂的脲醛树脂在不同温度下固化过程进行了研究,实验结果表明：脲醛树脂在120℃左右时开始固化,在180℃左右时固化反应基本结束.随着温度的升高,自旋-自旋弛豫时间（T2）的总峰面积逐渐减少,当温度高于140℃时,总峰面积减少的程度较大.在30℃~140℃温度范围内,自旋-晶格弛豫时间T1（1）=0.014ms时,随着温度的升高,峰面积先逐渐减少而后略微增加;T1（2）=327.455 ms时,随着温度的升高,峰面积逐渐减少.在30℃~180℃温度范围内,自旋-晶格弛豫时间（T1）分布的总峰面积随着温度的升高而逐渐减少.在固化过程中,随着温度的升高,脲醛树脂体系的质量逐渐减少,说明脲醛树脂胶黏剂体系发生了缩聚交联反应,同时生成了甲醛和水.

两位置交换问题魔角旋转核磁共振时域信号的准确解(英文)

已知两位置交换分子运动速率对于静态13CNMR谱的影响是由一简单代数关系决定，它已成为分析固体中分子运动的常规方法．慢速的魔角旋转可以保留边带，所产生的边带型原则上也可用来分析分子运动，只是缺乏象静态谱那样的简单的关系，以至于在实际应用上是不可行的．本文给出作者所发现的存在分子运动时魔角旋转核磁共振自由诱导衰减信号的解析表达式的理论推导，提供分析固体分子运动的理论谱计算公式．我们选择二甲矾（dimethylsulfone）作为模型化合物，记录其不同温度下13CNMR谱，又计算了两个甲基做两位置交换运动的理论谱．理论谱与实验谱定性一致．定量上，边带强度存在一些差别，但边带宽度符合很好．通过理论谱与实验谱的比较，得到交换速率与温度的对应关系．虽然本文限于化学位移各向异性相互作用两位置交换问题，但容易推广到偶极作用多位置交换问题．

应用核磁共振时域分析技术评价碳酸盐岩储层

已经证明，在混合碳酸盐岩组成的产气储层中采用介电测量的可变“w”阿尔奇方法是不可靠的，该文介绍一种成熟的以核磁共振为基础的技术，能成功克服有侵碳酸盐岩储层应用变量“w”解释技术的缺点，也能在无侵碳酸盐岩储层中直接给出反映油气的图像，这种技术是用最新一代核磁共振测井仪加大流体T1差别来实现的，既能解决有侵情况下的结构问题，也能得到无侵情况下的Sw,Sg,So。用NMR同时测量的1s和14s的恢复时间数据来校正含氢指数和极化结果，得到与矿物无关的总孔隙度，也可通过自动的NMR时域分析（TDA）方法直接确定NMR探测范围内气，油，水的体积，它也能提供与电阻率无关的冲洗带饱和度Sxo，再通过阿尔奇方程反算变量“w”。这个计算需要一个适当的冲洗带流体电阻率值和一个与NMR测井的探测范围可比的浅臃值，该文提出两个例子并进行了深入讨论，一个是路易斯安那州北部下白垩纪的Rodess石灰岩低电阻率气层，第二个是德克萨斯东部侏罗纪Smackover白云岩含油和含气藏，两个例子都采用了TDA解释技术，得出的结果和生产情况是一致的。

低场核磁共振二维谱反演技术及其应用

针对二维谱技术的特点和优势,将其引入到不同的应用领域中,验证了二维谱技术的可靠性和实用性。首先回顾了一种以将拟合误差控制在与噪声相当的水平为基本目标的二维反演算法,然后通过仿真实验验证了该算法的准确性,最后使用该算法获取的二维谱进行了一系列的应用分析。应用案例包括造影剂浓度选择、工业明胶与食用明胶鉴别以及储层产能评估等,涉及到医学成像、食品药品、能源等多个领域。仿真实验和多个应用案例的结果表明,该方法具有很好的鲁棒性和准确性,能够适用不同信噪比数据的反演,具有实际应用价值。

低场核磁共振二维谱反演技术应用研究

目的:二维相关谱是低场核磁共振时域分析技术中最为前沿的技术之一,从一维向二维推进也是低场核磁共振设备发展的必然趋势。但是从采样数据中反演得到二维谱的问题是一个典型的病态问题,求解存在很多困难。首先二维反演需要处理的数据规模非常大,其次问题本身具有很大的条件数,会因极小的采样误差引起反演结果的巨大变化。为了稳定求解低场核磁共振二维谱,提出了一种全新的通用反演算法框架。方法:首先从采样数据中分离出噪声并对其进行估计,然后进行数据压缩使在普通计算机上进行处理成为,接着对原始问题进行正则化处理,最后通过变量替换的方式转化为无约束的凸规划进行求解,求解以Newton法等迭代寻优的方式进行。结果:通过将这种二维反演框架应用到造影剂浓度选择、种子含油率测定、食用明胶与工业明胶鉴别等不同行业的不同实验中,取得了与经验信息一致的结果,验证了该二维反演算法的可靠性和实用性。结论:低场核磁共振二维谱反演技术能够满足不同领域中的组分区分和定量分析的要求,是一种可靠的新工具。

基于过抽样Gabor变换的核磁共振FID信号增强算法

基于作者先前提出的过抽样实值离散Gabor变换 ,本文提出了一有效的算法用于核磁共振自由感应衰减 (NMRFID)信号的减噪 .由于NMRFID信号在时域中是一短暂的振荡衰减信号 ,使得变换后的NMRFID信号能量在时频域中集中在少数变换系数上 ,而噪声则遍布在整个变换系数上 ,因此通过对变换系数幅度进行阈值限制方法可达到明显地增强NMRFID信号的目的 .文中在理论和模拟实验上分析表明 ,过抽样Gabor变换比临界抽样Gabor变换更适宜于NMRFID信号的减噪 ,因为在过抽样条件下比在临界抽样条件下的综合窗及其对应的分析窗 ,无论是在时域中还是在频域中都可具有更好的局域分布集中性 ,同时 。

利用核磁共振技术研究热处理中密度纤维板的吸水性

基于时域核磁共振技术,对3个热处理温度(120、170和220℃)下MDF(中密度纤维板)的吸水性进行了研究,并利用X射线衍射技术,辅助揭示不同样品吸水性差异的机理。结果表明,170℃处理MDF吸水过程中吸水率、自由水和结合水含量最低;220℃热处理MDF的纤维素结晶区被破坏,原有的空隙结构被改变,吸水率、自由水和结合水含量最高。

基于TD-NMR的PMMA木塑复合材吸湿和吸水研究

本研究采用时域核磁共振(TD-NMR)技术探究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)木塑复合材在吸湿与吸水过程中水分的状态和自旋-自旋弛豫(T_(2))特征.并比较PMMA木塑复合材的阻湿率和拒水率,分析PMMA木塑复合材的阻湿和防水性能与原理.研究对象为浸渍甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体聚合生成的PMMA木塑复合材.首先对绝干的PMMA木塑复合材进行核磁共振T_(2)检测,然后分别进行吸湿和吸水实验,并每隔一段时间测定试件质量及其T_(2)信号量.结果表明:PMMA木塑复合材的吸湿率和吸水率低于未处理材,具有良好的阻湿和防水性能,且MMA浸渍浓度为100%,浸渍时间为24 h时,在温度为(40±0.2)℃相对湿度为(96.4±0.4)%恒温恒湿环境下木塑复合材吸湿率低于15%,常温下吸水试件的吸水率低于30%.PMMA木塑复合材的吸湿率和吸水率明显降低,T_(2)峰面积也逐渐减小.这说明木塑复合材内部的PMMA起到了防止水分进入的作用.

利用TD-NMR技术研究杨木高温干燥过程水分分布

木材中水分状态变化和迁移对木材的物理性质有重要影响.通过时域核磁共振技术(TD-NMR)可以从分子层面解读木材与水分的关系,可以为木材干燥、木制品加工提供理论依据和实践参考.该研究以北京杨为研究对象,通过对高温干燥过程中木材内部水分变化的自由感应衰减(FID)曲线和横向弛豫时间(T_2)进行测定与分析,探究木材干燥过程中水分状态变化及迁移过程.研究结果表明,FID和T_2信号量与木材含水率高度线性相关,由此可以计算木材在干燥过程中任意时刻的含水率.通过对干燥过程中水分T_2分布的分析表明:心材试件在干燥过程中,长弛豫时间自由水(c状态水分)的拟合面积出现了先减小后增大然后再减小的趋势,而边材试件中则不存在这种现象.在北京杨心材试件中含量最多的是弛豫时间为10 ms数量级的水分,而在边材试件中各状态水分含量差异较小,含量最多的是弛豫时间为100 ms数量级的水分.在高温干燥过程中,边材试件内各状态水分百分含量减少的速度快于心材,各试件中自由水的蒸发速度明显快于结合水.

人造板吸水过程的TD-NMR动态研究

利用时域核磁共振(TD-NMR)技术,为研究人造板和水分的关系提供新方法.该文通过研究胶合板(Plywood)、刨花板(Particle board)、中密度纤维板(Medium Density Fiberboard)3种常用人造板吸水过程中水分的自由感应衰减(FID)信号的变化,得出传统称重法得到的吸水率与吸水过程中测得的FID信号高度线性相关,24 h吸水率由大到小依次为胶合板>刨花板>中密度纤维板.通过3种人造板24 h吸水过程中自旋-自旋弛豫时间(T2)大小及分布的实验数据,分析了吸水过程中人造板中水分的状态.实验结果证实了TD-NMR是研究人造板与水分的关系的一个有效手段.

时域NMR法研究热处理对聚乙烯相结构的影响

采用固体时域NMR法研究了热处理前后不同类型聚乙烯的相结构信息。表征结果显示,热处理后,高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)的无定形区分子运动性受限加大;LLDPE和LDPE的界面区分子运动性受限加大;聚烯烃弹性体(POE)的晶区和界面区分子运动性受限加大,无定形区分子运动更自由;HDPE和MDPE晶区和无定形区增多,界面区减少;LLDPE和LDPE晶区基本不变,界面区减少,无定形区增多,且在运动自由区有新的相区出现;POE热处理后晶区减少,无定形区和界面区增多。时域NMR法具有简便、快捷,设备易于维护的优点,在表征聚烯烃相结构方面具有独特优势,能够通过一次实验就得到相结构的全面信息。

时域核磁共振技术在木材科学研究领域的应用

时域核磁共振技术（TD-NMR）作为一种先进的表征手段，能快速、精准测量木材中自由水和吸着水的动态变化，也可以基于水分信息表征木材孔隙分布，因此已被广泛应用于木材科学研究领域。文中归纳了时域核磁共振技术用于测量木材含水率、水分性质、水分分布及木材孔隙分布的方法，并对主要研究结果进行综述，以期为相关领域的研究和应用提供理论参考。

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性.本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法:一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量.将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B_(0)补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定.在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz(对应磁场为±0.0939μT)范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性.

热处理及脱木质素对南方松木材吸湿极限与细胞壁饱和状态的影响

时域核磁共振(TD-NMR)技术可用于考察木材吸湿极限(HL)和细胞壁饱和(CWS)两种纤维饱和状态下水分的弛豫特性及含水率的差异,对南方松(Pinus spp.)分别进行热处理和脱木质素处理,采用TD-NMR技术研究该差异的变化。将试样置于100%相对湿度环境中调至HL状态,该状态下对应的含水率即为HL状态下的纤维饱和点(FSP);随后对试样进行饱水处理以达到CWS状态,该状态下的FSP通过-3和25℃条件下TD-NMR的反演峰面积计算获得。结果表明:饱水处理后,CWS状态下的木材细胞壁进一步润胀,细胞壁水分受束缚程度减弱;相比未处理材,热处理会使饱水处理而发生的润胀效果减弱,细胞壁水分受束缚程度增强,而脱木质素组效果相反。经过热处理后试样HL和CWS状态下的FSP均有所下降,而脱木质素处理后,两种状态下的FSP均有所上升。未处理组、热处理组和脱木质素组HL与CWS状态下的细胞壁结合水含水率差异分别为10.24%,1.91%,14.09%,即热处理能够减弱HL与CWS状态之间的含水率差异,而脱木质素处理能够提升HL与CWS状态之间的含水率差异,这主要是由于两种处理方法改变了细胞壁水分存在的物理环境(孔隙结构)和化学环境(化学成分)。

基于LF-NMR/MRI的维C银翘片制粒中润湿剂评价方法研究

目的应用低场核磁共振时域技术(low field nuclear magnetic resonance time domain technique,LF-NMR)、低场核磁成像技术(low field nuclear magnetic resonance imaging,LF-MRI)对高剪切制粒中润湿剂(乙醇)进行定性、定量分析。方法以维C银翘片高剪切湿法制粒为研究对象,采用LF-NMR建立润湿剂用量测定方法,结合横向弛豫时间(T2)和LFMRI测得的二位影像图对润湿剂分布与变化进行定性分析,探讨峰面积(A_(2))与颗粒得率的关系。结果润湿剂用量与A_(2)呈现良好的相关性(R^(2)=0.9575)。随着润湿剂用量增加,T2向右移动,A_(2)逐渐增加,质子在增加;LF-MRI表明随着润湿剂用量增加,影像图逐渐清晰,即非结合态质子(束缚态质子及自由态质子)在颗粒中逐渐增加。当润湿剂用量增加至20%~25%时,结合态质子含量不再增加,此时颗粒得率最高。结论LF-NMR和LF-MRI能快速、准确检测制粒中润湿剂用量变化和分布状态,为阐明润湿剂对颗粒性质的影响和成型机制提供评价方法。