低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统

水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质核磁共振(NMR)基本原理: 带自旋的原子核（1H） 1) 一个带电的自旋体产生一环形电流。从而形成微观磁场自旋磁矩； 2) 自旋磁矩与一般的小磁铁一样具有南北极； 3) 在无外加磁场时。物质中的原子核磁场的指向是无规则分布的。宏观磁矩M0为0宏观磁矩M0的形成； 4) 置于静磁场中原子核与磁场产生作用。沿着磁场方向定向排列。形成宏观磁矩M0 NMR信号产生原理 1) 样品进入检测区域。样品中中氢原子核的磁矩将沿着静磁场方向排列并形成宏观磁矩M0 2) 施加特定频率激发脉冲。宏观磁矩定向偏转 3) 脉冲结束。宏观磁矩定向恢复并产生核磁共振信号 低场核磁共振是一种正在兴起的快速无损检测技术。具有测试速度快。灵敏度高、无损、绿色等优点。已广阔应用在食品品质控制、非酒精性脂肪肝等代谢疾病、石油勘探、水泥水化过程分析、水泥基材料不同配方选择、土壤水分物性及孔隙物性研究、土壤固体有机质探测、非常规岩芯总体孔隙度及有效孔隙度检测、油水气饱等水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质领域。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质低场核磁共振技术主要采用永磁体结构，磁场强度一般在1.0 T以下。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统

土壤中的水分传输机制与土壤污染 水分进入土壤后，将立即渗透至水分不受约束的区域，如不受约束的有机质中，形成凝胶相，不受约束矿物颗粒（粘土）的微孔中，颗粒与颗粒之间的孔隙中（中孔、大孔/毛细孔中），这一过程很短。然而随着水分的进入，土壤的组分单元将与水分产生相互作用，如水分渗透进有机质与矿物颗粒的结合界面，从而阻断之间的氢键连接、离子键连接、共价键连接等，甚至还伴随着水解作用的产生，随着这些约束的破坏，其产物如分离出的有机质和矿物颗粒进一步吸水，从而极终达到水分传输分布的平衡状态，当如土壤失水干燥时，上述过程使可逆的，伴随着凝胶相失水坍塌、有机质与矿物质在界面作用下，重新分型聚集，封闭微孔等。这一微孔打开/封闭的过程，将极有可能使污染物在土壤中聚集，从而形成土壤污染。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用研究水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可对水泥基材料的水分含量和水分分布进行研究。

低场时域核磁共振技术用于土壤中水分的运动机制研究 土壤作为一种包含多中成分：多种矿物质、多种有机质的复杂非稳态的多孔介质，其吸水后，水分的渗透机理与典型稳态多孔介质中水分的渗透机理相违背，而是先进入大孔，进入微孔则是一个缓慢、漫长的过程，这说明水分与土壤中的部分组分相互作用，从而改变了土壤的微观结构。典型的解释是：土壤吸水后，水分与土壤中的有机质相互作用，形成“凝胶相”，打开土壤中的微孔系，从而吸水膨胀。但内在机理有待进一步研究。 基于低场时域核磁共振技术，通过对土壤样品的各个单独组分（如蒙脱石、腐殖酸）及全土吸水后的弛豫时间测量和分析，得出：土壤中的水分进入微孔之所以是一个缓慢、漫长的过程，主要是因为土壤渗透如有机质和矿物颗粒的结合界面、破坏有机质和矿物颗粒之间的相互作用，从而使土壤中形成凝胶相，并打开矿物颗粒（蒙脱石粘土）的微孔系的时间较长。 MAGMED-Soil-2260磁共振土壤分析仪，能够精确、全力的采集土壤样品中所有孔径对应的弛豫时间信号，优化的软硬件配置，满足长时间在线测量要求，重复性好，为土壤中的水分运动机制研究提供一种精确、快速、方便的分析途径。

核磁共振由哈佛大学Purcell教授和斯坦福大学Bloch教授在1946 年独自发现现象之后，该项技术在科学研究和工业领域的应用日益广阔。 在水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质研究领域，Brown 和 Fatt 于 1956 年首先研究了多孔介质中水的核磁共振弛豫特征，发现多孔介质中水的弛豫时间远小于其自由状态的体弛豫时间。 根据核磁共振机制，由于多孔介质中水的弛豫时间主要反映的是水的表面弛豫特征，即水与多孔介质孔隙表面之间的相互作用力强弱，液固之间的作用力越强则液体的弛豫时间越短，否则液体的弛豫时间越长。核磁共振测量方法一类是测量非均匀磁场中不同时间产生的回波串的信号衰减包络。

土壤润湿性（wettability）对土壤的性能参数之一，其表现为快速吸水，持水能力强。土壤的憎水性（repellency）是指土壤具有较差的润湿性，其表现为植物生长缓慢、表面多尘、因缺少图聚核而结构一致，这种现象增加了地下水污染的可能性。土壤憎水性的成因包括：自然发生的、因火灾或污染产生等。污染引起的土壤憎水性通常是由于土壤长期暴露在液相或气相的石油烃中。因此对于土壤润湿性的评价非常重要。 低场时域核磁共振法通过直接测量土壤样品中的水分的弛豫时间信息，能够有效表征水分在土壤样品中的分布，通过对弛豫时间的分析，从而对土壤样品的润湿性进行评价。同时，其无损、非侵入的检测过程，可对同一样品进行重复检测。 MAGMED-Soil-2260磁共振土壤分析仪，以其优化的场强、探头系统等硬件配置，功能强大的软件分析系统，可为广大科研工作者提供一种高效、快捷、精确的土壤润湿性评价分析途径。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振弛豫分析技术是核磁共振技术的一个分支被应用在各个行业。高精度核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测系统

水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可对混泥土的耐久性进行分析。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统

低场时域核磁共振技术用于土壤中的孔隙分布研究 土壤作为一种非稳态多孔介质，其在吸水过程中，孔隙状态发生变化，并形成新的孔隙分布状态。通常对土壤等多孔介质中的孔隙定性分为3大类：微孔（micropores）、中孔（mesopores）、大孔（macropores）。当孔隙中填充水时，由于水中的氢原子核在不同尺寸的孔隙中，受到的束缚强度不同。基于低场时域核磁共振技术原理，当氢原子在静磁场中，受静磁场作用，定向排列，形成宏观磁矩，被一特定交变磁场激发后，吸收能量，使宏观磁矩发生偏转（90°、180°等），当交变磁场撤除后，受静磁场作用，宏观此举恢复到初始状态，这一过程即共振。其中横向弛豫时间T2是描述氢原子核弛豫快慢的特征参数，其大小反应了氢原子核所处的环境，即束缚的越强烈，弛豫越快，T2越小。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统

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