基于高灵敏度原子磁力计的超低场核磁共振谱学研究

首先从理论上给出超低磁场下核磁共振谱线的频率位置和劈裂规律;然后利用自主研制的基于高灵敏度原子磁力计的超低场核磁共振谱仪开展实验研究,以典型的AXn型有机物分子为例,在零磁场下测量核自旋间的J-耦合谱,结合理论分析精确测量出多种有机物分子的J-耦合参数.对于零磁场下谱线结构相同的化学样品,通过对样品施加微弱的静磁场(~nT量级),观察到不同的样品具有独特的超低场核磁共振谱线劈裂,这可以作为区分化学样品的“指纹”.

零场-超低场核磁共振技术、原理及油气检测方法

近年来,零场-超低场核磁共振在生物成像(脑磁和心磁)以及磁探测(陆地测磁、海洋测磁、航空测磁)等领域发挥了重要的作用.本文首先介绍了零场-超低场核磁共振的物理实现及谱学发展,随着量子磁感技术的发展,零场-超低场核磁共振检测技术逐渐成熟,国内外专家学者已证明零场-超低场核磁共振是一种与传统核磁共振互补的检测方法;然后,简要介绍了基于原子磁力计的零场-超低场核磁共振装置结构及原理,与传统高场核磁共振相比,零场-超低场核磁共振消除了对昂贵超导磁体和永磁体的依赖而优势明显,应用潜力巨大;结合零场-超低场核磁共振的特点及技术优势,本文设计了零场-超低场核磁共振在油气检测应用方面的可行性方案和三组不同种类油(烷烃)、油水两相混合溶液、饱水玻璃珠样品的零场-超低场核磁共振的实验方案.随着零场-超低场核磁共振谱仪的发展,这种技术在井下进行油气探测有希望成为可能,本文提出了采用泵浦光、探测光传播方向和外磁场方向三轴垂直结构在井下进行油气探测的零场-超低场核磁共振谱仪设计方案.

基于高温超导量子干涉仪的超低场核磁共振成像研究

对基于高温超导量子干涉仪的低场核磁共振成像进行了较为系统的探索.首先对低场核磁共振系统进行了改进和完善,使得装置能够用于成像实验.在此基础上进行了一维、二维成像实验并取得了成功.二维成像分别采用了直接背投影成像法和傅里叶变换重建法.采用直接背投影方法成功获得了不同水样品分布的图形并与实物符合较好,同时还尝试对生物样品如青椒和芹菜的切片进行了成像,也得到了符合原物的二维投影像.尝试用傅里叶变换法对水样品进行成像,得到的图形能够显示样品轮廓,但信噪比偏低.对两种二维成像方法进行了比较和讨论.

基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展

磁场量子传感器(超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等)利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点,已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域,用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地,在延伸至零场-超低场(磁感应强度B<1μT)的核磁共振研究中,激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性,拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力,进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场(B>1T)、低场(μT<B<1T)和零场-超低场(B<1μT)整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术,包括核磁样品的极化增强(强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等)以及传输、编码和探测等,综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展,并展望了该技术的发展趋势和应用前景。