臺式核磁技術討論
有關小核磁的技術討論
我們將用戶在日常的工作中經常遇到的問題整理如下；如果您有什么技術上的問題，請發(fā)電子郵件給我們 postmaster@leadwin.cn, 我們會給予詳細解答。我們的目的是希望能與用戶共同前進，希望下面的問題對于您在儀器選擇、儀器原理的了解、測試方法選擇、應用方面了解有一個幫助。
A1. 臺式核磁共振儀(小核磁、NMR)對人體有影響嗎？
牛津的臺式核磁共振儀使用的是0.54特斯拉以下的長久磁體，本身的磁場強度不大；牛津的臺式核磁共振儀采用共軛磁體架構，磁力線絕大部分環(huán)形封閉在儀器內部。牛津的臺式核磁共振儀已通過嚴格的英國BSI質量安全認證。
另外，重要的是使用臺式核磁共振儀，可以避免化學分析，也就不必再接觸各種化學試劑，更有利健康、更環(huán)保。
A2. 牛津的臺式核磁共振儀（小核磁、NMR）主要應用有哪些？
牛津的臺式核磁共振儀主要用于生產QA/QC方面，具有速度快、測試精度高、測試方法方便簡單等優(yōu)點，主要應用有以下幾方面：
化纖以及針織線：測定纖維的上油率、測定布的上油率、測定針織線的上油率；
化工、石化：測定聚丙烯的等規(guī)度、聚丙烯的二甲苯可溶物、聚乙烯的密度、聚乙烯共聚物的共聚單體含量、聚丙烯共聚單體含量、聚丙烯共聚物中的橡膠含量、高抗沖聚苯乙烯中橡膠含量、ABS和SBS中的橡膠含量、石 蠟中的油含量等；
食品：固體脂肪含量、巧克力和奶粉中的脂肪含量以及水含量、動物飼料中的脂肪含量、肉類食品中的脂肪含量以及水含量、魚類食品的脂肪含量；
皮革：快速測定皮革中的脂肪含量以及水含量；
油料種籽：測定油料種籽中的油含量和水含量，測定油料殘渣中的殘余油含量。
A3. 牛津的臺式核磁共振儀（小核磁）有什么特點？
牛津的臺式核磁共振儀有如下特點：
探頭方面：專有技術，既保證了高靈敏度，而且探頭的死時間短，這是牛津的獨有技術；
電子器件方面：儀器穩(wěn)定，最快采樣速率達到10MHz；
軟件方面：為各種常規(guī)應用建立了方法 即EasyCall，用戶只需根據軟件的提示一步一步操作即可 ，不需NMR專業(yè)知識即可得到專業(yè)人員得到的結果。另外我們可以為用戶提供全中文的軟件。
A4. 臺式核磁共振（小核磁）與高分辨核磁共振儀有什么區(qū)別？
臺式核磁共振與我們在學校遇到的高分辨核磁共振儀在應用方面有很大的區(qū)別：
比較項目
臺式核磁共振儀
高分辨核磁共振儀
分辨率
低分辨譜儀，得到時間軸的信號，主要由于定量分析，我們稱之為工業(yè)核磁。
高分辨譜儀，得到頻率軸的信號，由此得到分子結構信息。
應用領域
食品、化工、石化、皮革等行業(yè)的QA/QC。
科學研究，高等院校、研究所
環(huán)境要求
普通環(huán)境，可用于工業(yè)環(huán)境
要求高，恒溫，附近不能有干擾
共振頻率
2-30MHz，采用永久磁體
200-900MHz，采用超導磁體，對環(huán)境要求高
測試原子核
主要為1H、31P、19F等自然界中豐度高的原子核
各種原子核均可以，常見的1H譜、13C譜、31P、15N等。
A5. 臺式核磁共振儀(小核磁)對操作人員有何要求？
臺式核磁共振對操作人員的要求很低，但要求操作人員細心操作，操作人員只需按照我們軟件的提示進行 操作即可。因為我們的操作軟件是中文界面，因此對于英語的要求也不高。
A6. 臺式核磁共振（小核磁、NMR）的基本原理
當樣品放在磁體中，氫核（質子）被磁化，氫核沿著磁場方向排列，這樣就在原來的磁場上疊加了一個小的凈磁場，這個凈磁場我們稱之為磁化矢量，磁化矢量的大小與氫核的數量成正比。
我們可以施加一個脈沖，將這部分的磁化矢量旋轉到與主磁場垂直的方向，即90°脈沖后，感應線圈上就能檢測到相應的磁化矢量的幅度以及磁化矢量的衰減過程，我們稱之為自由感應衰減曲線(FID)。FID的初始幅度與樣品中氫核的數量成正比、而磁化矢量的衰減過程與樣品的物理性能有關，固體的FID衰減快、而液體的FID衰減慢，即弛豫時間不同，如右圖所示。
180°脈沖則是將磁化矢量翻轉180°，脈沖寬度是90°脈沖寬度的兩倍。
如果樣品包含多種成份，那么得到的磁化矢量是幾種成份的磁化矢量的疊加，如上圖所示，90°脈沖后得到的信號是固體和液體信號的疊加，每一個組份的信號的衰減以各自的特征時間常數衰減；固體信號的衰減要比液體信號的衰減速度要快得多。為了測定其中的液體成份的信號，我們采用一種叫自旋回波（或者叫Hahn回波）的脈沖序列，第二個射頻脈沖是180°脈沖，經過一定的時間，信號發(fā)生重聚，得到回波信號，回波信號的幅度S2與液體組份的氫核的數量成正比，由此我們能得到液體組份的含量，如左圖所示。
B1. 為什么測定核磁共振的信號強度就能知道化纖含油率？
我們獲得的臺式核磁共振信號是時域信號，信號的衰減是與分子運動有關的，固體樣品的信號衰減快、液體樣品的衰減慢。如果樣品中含有固體和液體，那么我們獲得的NMR信號是固體信號和液體信號的疊加。我們可以設計一個脈沖序列，將液體信號和固體信號分開。纖維在拉絲過程中必須在絲的表面噴油，可以減少靜電和減少摩擦。對于纖維來說，油是液體，纖維本身是固體，因此我們能利用小核磁來測定纖維的含油率。
B2. 化纖含水率會影響檢測結果嗎？
水在纖維表面，有兩種形式：自由水，結合水。結合水是與纖維形成氫鍵的部分水，這部分水表現出半固體的狀態(tài)，這部分水是不會影響纖維含油率的測試的；自由水則會影響纖維含油率的測試，自由水的信號與油的信號是疊加在一起，無法區(qū)分的。
B6. 牛津的MQC測試纖維上油率的精度如何？
MQC測試纖維的上油率優(yōu)點在于：速度快、測試精度高，操作簡單、受操作人員的干擾比較小?？梢詼y定滌綸纖維、錦綸纖維、芳綸纖維、醋酸纖維、黏膠纖維以及氨綸上的含油率。
各種纖維的測試精度
|
纖維種類 |
平均精度(2s) |
相對標準差(RSD) |
|
錦綸 (如尼龍66、尼龍6、尼龍610) |
在0.70%的含油率時0.004 |
0.36 |
|
芳族聚酰胺 (如Kevlar, Twaron, Nomex) |
在1.08%的含油率時0.004 |
0.21 |
|
聚酯 (如滌綸) |
在0.78%的含油率時0.002 |
0.15 |
|
醋酸纖維 |
在0.92%的含油率時0.004 |
0.22 |
|
人造絲(如：粘膠絲) |
在1.43%的含油率時0.004 |
0.12 |
|
聚氨酯 (如：氨綸) |
在1.00%的含油率時0.034 |
0.17 |
從上表中，我們可以看出采用牛津的MQC測定纖維的上油率，測試的精度要優(yōu)于采用常規(guī)的化學方法的精度。
左圖是MQC的測定低含油率的纖維的上油率穩(wěn)定性，連續(xù)12次的測試結果，從結果中能看出，測試數據在0.167~0.171之間，數據非常穩(wěn)定。
C1.采用牛津的臺式核磁共振儀（小核磁）測定油料種籽的油含量時，需要對樣品進行烘干和碾碎處理嗎？
由于核磁共振測定是對整個樣品的分析，油的NMR信號衰減較慢，油料種子中的蛋白質和纖維等式固體、NMR信號衰減較快，因此不需對油料種子進行碾碎處理。油料種子中的水一般來說是結合水，不會影響油料種子中油含量的測試數據。
C2. 采用牛津的臺式核磁共振儀測定油料種籽的含油率，符合什么標準方法？
采用牛津的臺式核磁共振儀測定油料種籽的含油量，符合ISO10565標準方法，而且其測試精度高于ISO10565標準的規(guī)定。
另外，采用牛津的臺式核磁共振儀測定榨油后的殘渣的油含量，符合ISO10632標準方法。
D1. 目前采用臺式核磁共振儀測定固體脂肪含量，符合哪些標準？
采用臺式核磁共振儀測定固體脂肪含量(SFC)，符合下列標準：
美國： AOCS 2000版， 直接法， AOCS Cd 16b-93
AOCS 2000版， 間接法， AOCS Cd 16-81
歐洲： ISO 82, IUPAC 2.150(a)， IUPAC 2.323(a)
D2.測定固體脂肪含量，對實驗室有哪些要求？如何布局？
采用牛津的臺式核磁共振（小核磁）測定固體脂肪含量，由于有一系列的水浴在實驗室中，因此希望實驗室有空調來調節(jié)實驗室內的濕度和溫度；儀器放在一邊，水浴放在一邊，水浴和儀器要確保在3秒鐘內的距離。
D3. 采用牛津的臺式核磁共振儀（小核磁）測定固體脂肪含量(SFC)，有什么優(yōu)點？
由于測定固體脂肪含量的儀器為MARAN Ultra SFC，有以下特點：
1. 測量精確、重復性高、操作簡單、測量結果不受操作人員的技術和判斷所影響；
2. 與傳統(tǒng)的SFI（膨脹計法）相比，極為迅速，直接法只需一次測量即可得出固體脂肪含量(SFC)；
3. 檢測不受乳化劑的影響；
4. 可用于食品生產過程中的質量控制和研發(fā)過程中的配方調和；
5. Windows的操作界面，中英文的軟件、中英文的操作手冊 ；
6. 測試結果可用專門的軟件進行直接報表、并可對數據進行分析、歸納總結。
E1. 牛津的臺式核磁共振（小核磁）在石化、化工中的應用有哪些？有何特點？
臺式核磁共振在石化、化工方面的應用比較常見，常見的應用有：
1. 航空煤油中氫含量的測定；
2. 石蠟中油含量的測定；
3. 聚丙烯等規(guī)度、二甲苯可溶物的測定（見下圖）；
聚丙烯粉料二甲苯可溶物與NMR信號強度關系 聚丙烯粉料等規(guī)度與NMR信號強度關系
4.聚丙烯共聚物中的二甲苯可溶物含量（見右下圖）、橡膠含量測定、共聚單體的測定；
聚丙烯粒料等規(guī)度與NMR信號強度關系 聚丙烯共聚物二甲苯可溶物與NMR信號強度關系
2. 不需化學試劑，避免了操作人員因為使用大量的化學試劑而對操作人員的身體產生的影響；
臺式NMR測定聚丙烯粉料等規(guī)度的重復性 ABS中橡膠含量與NMR信號強度的相關關系
3. 測試數據的精度高、重復性好，這是儀器測試方法的一個優(yōu)點。以聚丙烯的二甲苯可溶物為例，采用臺式核磁共振（小核磁）測試得到的標準偏差為0.03%。
左上圖是采用臺式NMR連續(xù)測試12次，重復性測試結果。測試重復性大大小于采用抽提方法。
E2.臺式核磁共振（小核磁）在石化方面的應用，對樣品的預熱條件有什么特殊要求嗎？
牛津的臺式核磁共振（小核磁）在石化中的應用主要是針對聚合物的應用。我們知道聚合物的分子運動是與溫度有密切相關的，因此采用臺式核磁共振測試聚合物，預熱是極其重要的。具體的應用，對預熱的要求也有所不同，要具體情況具體分析，可以與我們進行詳細的討論。
E3. 牛津的臺式核磁共振，如何建工作曲線？
臺式核磁共振測量的是氫核的磁化矢量，氫含量越高，磁化矢量也越大，得到的信號強度也越強。因此我們建工作曲線的目的就是要把某一組份中的氫含量與信號強度之間的相關關系求出來，而且從上面的討論中，可以看出這種關系是線性相關關系。建工作曲線的步驟如下：
1. 準備3-5個已知化學值的樣品；
2. 先設計樣品的預熱條件，按照預熱條件對樣品進行預熱處理；
3. 直接選擇合適的已經編譯的EasyCal程序，啟動EasyCal程序，按照程序的提示輸入相應的標準樣品的數據和放入樣品。
4. 建工作曲線；
5. 直接調用工作曲線文件即可進行測試了。
F1.牛津的小核磁在科學研究方面有些什么應用？
牛津的小核磁在科學研究方面有如下應用：
分子運動的研究（馳豫時間的研究）；
分子擴散的研究；
食品中水的各種形態(tài)的研究；
聚合物、顯影劑等的成像研究。
F2.牛津的小核磁在馳豫時間的測定方面有些什么優(yōu)勢？
牛津的小核磁以其樣品范圍大、磁場均勻性好在業(yè)界獲得聲譽；
牛津的小核磁有專門的分析軟件WinDXP和WinFit；
牛津的軟件可以分析多組份的馳豫時間。
反轉恢復法測定T1（自旋-晶格馳豫時間） CPMG得到的T2（自旋-自旋馳豫時間）
單組份馳豫時間分布 多組份馳豫時間的分布
滬公網安備31010502007159號
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