用于零场核磁共振探测的无自旋交换弛豫原子磁力仪

研制了用于液体零场核磁共振探测的无自旋交换弛豫(SERF)铷原子磁力仪。通过实验测量原子的磁共振曲线,验证了磁力仪工作在SERF状态,且结果与理论相符。采用增加光强的方法提高磁力仪带宽,满足了液体零场核磁共振的带宽需求,磁力仪在20~300Hz频率范围内的灵敏度低于18fT/Hz1/2。用基于磁力仪研制的液体零场核磁共振装置对甲酸样品进行测量,得到了13 C标记的甲酸的零场核磁共振谱,验证了磁力仪的可用性。

基于小型化原子磁力计的零场NMR波谱仪搭建与测试

常规高场NMR波谱仪依托超导技术,其体积大、维护成本高,且存在样本磁化率不均匀导致的谱线展宽现象,零场或近零场NMR技术则可实现有效互补.本文自主搭建了一套基于小型原子磁力计的可移动零场NMR波谱仪,采用以多功能采集卡(National Instruments PCIe-6353)为核心的集成控制系统,仪器主磁场强度小于1nT,可实现高分辨率的J-耦合谱采集.为实现对自旋体系的有效操控,利用样品绝热初态的单脉冲激发实现对三轴脉冲线圈的精确标定.在此基础上,使用改进的组合脉冲序列实现了在^(13)C-^(1)H异核体系下的单自旋选择性操控,验证了零场NMR波谱仪的有效性.

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。