背景簡介
      磁共振的每一個信號都含有全層的信息，因此需要對磁共振信號進(jìn)行空間定位編碼，即頻率編碼和相位編碼。接收線圈采集到的MR信號實(shí)際是帶有空間編碼信息的無線電波，屬于模擬信號而非數(shù)字信息，需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）變成數(shù)字信息，后者被填充到K空間，稱為數(shù)字點(diǎn)陣。K空間與磁共振信號的空間定位息息相關(guān)。

       K空間也叫傅里葉空間，是帶有空間定位編碼信息的MR信號原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的填充空間，每一幅MR圖像都有其相應(yīng)的K空間數(shù)據(jù)點(diǎn)陣。對K空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)換，就能對原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的空間定位編碼信息進(jìn)行解碼，分解出不同頻率、相位和幅度的MR信號，不同的頻率和相位代表不同的空間位置，而幅度則代表MR信號強(qiáng)度。把不同頻率、相位及信號強(qiáng)度的MR數(shù)字信號分配到相應(yīng)的像素中，我們就得到了MR圖像數(shù)據(jù)，即重建出了MR圖像。傅里葉變換就是把K空間的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)陣轉(zhuǎn)變成磁共振圖像點(diǎn)陣的過程。

      下圖給出了從層面矩陣到數(shù)據(jù)空間又到真正的K空間過程。水平刻度為采樣間隔ΔTs，豎直刻度為TR，即數(shù)據(jù)空間是位于時間域內(nèi)，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算將數(shù)據(jù)空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間頻率域內(nèi)，就得到真正的K空間，K空間經(jīng)傅立葉變換就是層面的圖像

圖1.從層面到層面對應(yīng)的k空間

相位編碼梯度場—–射頻脈沖+頻率編碼梯度場—–線圈采集得到MR模擬信號—–模數(shù)轉(zhuǎn)換的到數(shù)字信號——-填入K空間形成數(shù)字點(diǎn)陣—–傅里葉變換分解出不同頻率、相位、強(qiáng)度的信號——分配到各個像素中形成圖像點(diǎn)陣得到MR圖像。

圖2.K空間采集過程

（來源：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

核磁共振法測比表面積原理：

低場核磁共振方法可以對懸浮液狀態(tài)下的顆粒進(jìn)行比表面測量和分析。其工作原理是當(dāng)樣品顆粒在懸浮液狀態(tài)下時，吸附了一層厚度為L的水分子層，此即為吸附水，則水分子層外為自由水，吸附水與自由水中的H質(zhì)子活性存在很大的差異，使得吸附水的弛豫時間遠(yuǎn)小于自由水的弛豫時間，這個差別可以反映與顆粒表面吸附溶液的量，進(jìn)而推導(dǎo)出顆粒的濕式比表面積。

核磁共振法具有多項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢：測試簡單、快速，整個測試過程在3min內(nèi)；樣品無需預(yù)處理，無需引入外部試劑；測試結(jié)果可靠且穩(wěn)定性高、重復(fù)性好；適用性廣，可測量任何大小、形狀的顆粒，精度高。

核磁共振法適用材料范圍：
1、顆粒：SiO2、SiC、ZnO、Al2O3、BaCO3、石墨烯、活性炭、炭黑等一百多種材料；
2、懸浮體系溶劑類型：水、乙醇、丁酮、甲苯等各類含H質(zhì)子溶劑。

應(yīng)用領(lǐng)域：
1）*制陶術(shù)：濕式制程、加工工藝改善，分散性的質(zhì)控和研發(fā)；
2）納米科技：納米粒子表面的化學(xué)狀態(tài)，如: 吸附和脫附作用，比表面積的變化等；
3）電子材料：濃稠狀漿料和研磨液 (CMP) 的開發(fā)及品管；
4）墨水：碳黑、顏料分散，*適研磨條件，表面親和性及化學(xué)和物理狀態(tài)；
5）能源：電池，太陽能板等的碳黑，納米碳管和漿料的分散，粒子表面的化學(xué)和物理狀態(tài)；
6）制藥：API濕潤性、親和性及吸水性的差異；
7）其他: 全部的濃稠分散懸濁液體，納米纖維，納米碳等。

案例1 藥物活性成分粒徑控制

藥物活性成分：制藥過程中，通過濕法研磨控制藥物活性成分的粒徑大??；提高藥物活性成分用以研究生物相容性、生物活性和分解性能。

結(jié)論：隨著研磨時間的增長，溶液的T2變小，比表面積變大，粒徑變小。研磨1h之后，粒徑基本穩(wěn)定。

案例2 添加分散劑顆粒比表面積的影響

加入分散劑后，比表面積顯著增加，有利地證明了此分散劑的性能。

核磁共振固體脂肪含量分析儀原理

天然的油脂在常溫下一般都為固體油脂和液體油脂的混合物。固體脂肪含量(SFC)是可可油、人造黃油、黃油等常規(guī)測量指標(biāo),是脂肪 在不同溫度下的熔融以及硬度性能指標(biāo)。熔融和硬度性能對口感、香味以及涂抹性能有很大影響。 核磁共振固體脂肪含量分析儀可以幫助您快速準(zhǔn)確的測量油脂的固體脂肪所占比例。通過定標(biāo)和測量,實(shí)現(xiàn)信號采集、測 試結(jié)果數(shù)據(jù)處理,得到樣品的固體脂肪含量。

核磁共振固體脂肪含量分析儀

核磁共振固體脂肪含量分析儀原理

固體脂肪和液體脂肪中的H由于存在狀態(tài)不同,核磁共振FID信號衰減表現(xiàn)出截然不同的特性。固體脂肪信號衰減很快,一般在70微秒時已經(jīng)衰減為0。液體脂肪信號衰減較慢,一般認(rèn)為在70微秒處基本無損失。

由于來自固體的NMR信號衰減比來自液體的NMR信號衰減快得多。因此,可以在FID(圖1)上的兩個點(diǎn)進(jìn)行測量,分別在“t1=11us”點(diǎn)進(jìn)行測量,該點(diǎn)對應(yīng)固體和液體信號的總和A1。在另一個點(diǎn)“t2=70us”進(jìn)行測量,該點(diǎn)固體信號已經(jīng)衰減到0,測試到的信號A2僅為液體信號。通過計(jì)算,即可得到樣品在對應(yīng)溫度下的固體脂肪含量。對多個溫度進(jìn)行測試,即可得到溫度與固體脂肪的變化曲線。

核磁共振固體脂肪含量分析儀原理

核磁共振固體脂肪含量分析儀測試流程:

1、根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)溫處理；

2、規(guī)定溫度下對樣品進(jìn)行恒溫；

3、將恒溫后的樣品放入儀器，測得固體脂肪含量；

自由感應(yīng)衰減(free induction decay, FID)是核磁共振現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。下面將對核磁共振中的自由衰減信號（FID）進(jìn)行簡要的介紹。

　　核磁共振設(shè)備中會使用若干種不同種類的線圈。主要包括：梯度線圈和射頻線圈兩種，下面簡單介紹下射頻線圈的功能。

　　射頻線圈具有發(fā)射和接收兩個基本功能，包括發(fā)射線圈本接收線圈。發(fā)射線圈的功能是向檢測樣品發(fā)射射頻脈沖，使質(zhì)子的縱向磁化強(qiáng)度矢量發(fā)生翻轉(zhuǎn)。接收線圈的功能是接收樣品的核磁共振信號。

自由感性衰減信號（FID）

　　這里以π/2脈沖為例，在x軸方向通過發(fā)射線圈發(fā)射π/2脈沖，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)，脈沖結(jié)束時，縱向磁化強(qiáng)度矢量M0翻轉(zhuǎn)到xOy平面內(nèi)并位于y‘軸方向。這樣在π/2脈沖以后，可以得到一個橫向磁化強(qiáng)度矢量。Mxy ，在xOy平面的運(yùn)動是螺旋形衰減，見圖1。若把發(fā)射線圈作為接受線圈，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的 Mxy穿過xOy平面內(nèi)位于x軸上的接收線圈，引起拖過線圈磁通量的變化時，就可在接收線圈內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢（或感應(yīng)電流），這個感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流稱為核磁共振信號。

圖1.橫向磁化螺旋式衰減

由于Mxy是一個按正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減，所以接受的信號也是按正弦規(guī)律振蕩，按指數(shù)規(guī)律衰減。信號變化如圖2（a）。因此，這種按正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減的核磁共振信號習(xí)慣被稱為自由感應(yīng)衰減信號（free induction decay）

圖2. FID信號波形

　　需要特別注意的是：由于Mxy以角頻率ω0繞外磁場轉(zhuǎn)動，接收到信號的角頻率也是ω0，即信號的頻率與射頻脈沖相等，也就是產(chǎn)生核磁共振的頻率。當(dāng)一個較小的縱向磁化強(qiáng)度矢量M0在π/2脈沖作用下翻轉(zhuǎn)到xOy平面內(nèi)，其產(chǎn)生的FID信號見圖2（b），這說明FID信號的大小與π/2脈沖停止后，Mxy初始大小或π/2脈沖作用前縱向磁化強(qiáng)度大小有關(guān)，Mxy越大，同一時刻產(chǎn)生的FID信號越強(qiáng)。

　　FID信號是強(qiáng)度隨時間的變化波形，經(jīng)傅立葉變換后偶可得到核磁共振信號強(qiáng)度隨頻率ν變化的波形，即核磁共振譜，如圖3，圖中ν0為共振頻率。

核磁共振實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例展示：硬脈沖FID 序列測量拉莫爾頻率

圖4.偏振狀態(tài)下的FID信號

圖5.接近共振狀態(tài)下的FID信號

圖6.共振狀態(tài)下的FID信號

（來源：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

一、什么是便攜式核磁共振儀？

便攜式核磁共振（NMR）是一種小型化和便攜化的核磁共振技術(shù)，可以在進(jìn)行現(xiàn)場或移動應(yīng)用。它是將傳統(tǒng)的大型NMR儀器進(jìn)行尺寸縮小和優(yōu)化，以便在更多場景下使用的創(chuàng)新技術(shù)。它的核心部分是一個低場強(qiáng)磁鐵，通常在0.1T-1.5T之間。

二、便攜式核磁共振儀有哪些特點(diǎn)？

1. 尺寸和重量：便攜式核磁共振儀器相對較小、輕便，便于攜帶和操作。它們通常比傳統(tǒng)的大型NMR儀器小得多，可以放在桌面上或移動到需要的地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2. 磁場強(qiáng)度：由于限制了儀器的尺寸，便攜式核磁共振的磁場強(qiáng)度通常較小。這可能會對一些應(yīng)用的靈敏度和分辨率產(chǎn)生影響，但對于許多實(shí)際應(yīng)用來說仍然足夠。

3. 電源和冷卻：便攜式核磁共振通常使用便攜式電池供電，而不需要外部電源。此外，一些便攜式核磁共振儀器采用了先進(jìn)的冷卻技術(shù)，如液氮或低溫制冷系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)冷卻要求。

4. 操作簡便性：便攜式核磁共振儀器通常具有用戶友好的界面和簡化的操作流程，使其更易于使用和操作。這使得非專業(yè)人士或初學(xué)者也能夠進(jìn)行基本的核磁共振實(shí)驗(yàn)。

便攜式核磁共振分析儀是近年來發(fā)展迅速的一種新型分析儀器，具有廣闊的應(yīng)用前景。

首先，便攜式NMR分析儀的小型化和智能化趨勢使得它們可以更加方便地?cái)y帶和操作。這使得便攜式NMR分析儀成為了快速檢測樣品物理、化學(xué)等特性的工具，并且可以應(yīng)用于現(xiàn)場或者實(shí)驗(yàn)室以外的場合，如野外勘探、生產(chǎn)線監(jiān)測等。

其次，便攜式NMR分析儀在食品科學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，它可以用于檢測食品中的營養(yǎng)成分、藥物的成分和純度、油氣田勘探等領(lǐng)域。同時，隨著便攜式NMR分析儀技術(shù)的不斷改進(jìn)，它還將有望擴(kuò)展到更多的領(lǐng)域和應(yīng)用上。

便攜式NMR分析儀的價格也不斷降低，這為更多的用戶提供了使用便攜式NMR分析儀進(jìn)行科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。

綜上所述，便攜式核磁共振分析儀具有廣闊的發(fā)展前景，將在不同領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。