核磁共振测井技术及应用

核磁共振技术及应用-综述

核磁共振技术及应用-综述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

核磁共振技术及应用 学号：2011201373 姓名：杨海源 摘要:综述核磁共振技术的基本原理与优势以及该技术作为一种检测分析手段在生物医药、食品、化工业中的应用进展。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是以原子核自旋的共振跃迁为探测对象的谱学方法。其最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化， 自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相 同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。此方法专属性强、准确快捷, 可与其它方法相互补充, 用于诸多环节且有很 好的应用前景。但在实际的应用中也还存在一些问题, 有待于进一步深入研究。 关键词:核磁共振技术，NMR，生物，食品，石油，分析，检测 Abstract The technology of nuclear magnetic resonance( NMR ) applying in biological medicine,food,chemical industry detection at home and abroad was summarized. The most basic principles of nuclei by magnetized in a magnetic field , the spin angular momentum precession , plus energy nuclei vibration frequency at the same time , the nuclei absorb energy level transition occurs , resonance absorption signal. According to current situation, it has some advantages in food detect ion such as fastness, accuracy, intactness. However, there are still some shortcomings, and we should further research to solve them in future. 1.前言

核磁共振测井简介

核磁共振测井简介 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。1956 年，Brown 和Fatt 研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。1960年，Brown 和Gamson 研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。1985 年，Zvi Taicher 和 Schmuel 提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。 1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。此后，核

磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们代表性的产品分别是：Schlumberger--CMR、Halliburton--MRIL-P、Baker hughts—MREX。基本原理在没有任何外场的情况下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场σ0影响下，这个自旋系统被极化，即M重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，这个场的方向以频率ω0 进动。 ω0与磁场强度σ0 成正比，并称ω0为拉莫尔频率。在极化后的磁场中，如果在垂直于的方向再加一个交变磁场，其频率也为质子（氢核）的进动频率时，将会发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩，通过吸收交变磁场提供的能量，越迁至高能态，此现象称为核磁共振。造岩元素中各种原子核的核磁共振效应的数值是不同的，它首先决定于原子核的旋磁比，岩石中元素的天然含量以及包含该元素的物质赋存状态。核磁测井以氢核与外加磁场的相互作用为基础，可直接测量孔隙流体的特征，不受岩石骨架矿物的影响，能提供丰富的底信息，如地层的有效孔隙度、自由流体孔隙度、束缚水孔隙度、孔径分布及渗透率等参数。氢核在地磁场中具有最大的旋磁比和最高的共振频率，根据含氢物质的旋磁比、天然含量和赋存状态，氢是在钻井条件下最容易研究的元素。因此，包含某种流（水、油或天然气）中的氢原子核是核磁测井的研究对象。对于静磁场，热平衡时，处于地

随钻核磁共振测井技术参数

INTEQ 的6 ?” MagTrak?随钻核磁共振测井技术提供实时总孔隙度，不需要放射源和岩性参考。通过石油工业标准定义的T 2分布，随钻核磁共振测井可以得到自由水和束缚水含量，流体饱和度以及孔隙特征。 MagTrak 随钻测井工具有着很高的垂直分辨率。探测直径可达12.6”。6 ?” 的MagTrak 工具可以适用8 3/8” – 9 7/8” 大小的井眼。 预先设定操作模式，简易井上操作。这种模式能够适应绝大多数地层和流体特性。 ■ “孔渗核磁”模式：可以得到总孔隙度，毛管束 缚水孔隙度，粘土束缚水孔隙度和预测的渗透率 ■ “孔渗核磁+轻烃”模式：可以得到总孔隙度，毛 管束缚水孔隙度，粘土束缚水孔隙度，预测的渗透率和轻烃饱和度 对于特殊的应用也可以自定义测量参数。 每一种模式的原始数据都在井下处理。经计算的地层性质参数，如总孔隙度和束缚水孔隙度等可以实时传输到地面。所有原始数据都被储存在内存中，工具出井后可下载，进行高级处理。 MagTrak 随钻测量工具由一个传感器短节和两个扶正器组成。工具下面需要配置一个柔性短节以减少震动。MagTrak 传感器短节有独立的发电装置，需要泥浆驱动发电。 服务优势： ■ 核磁共振随钻测量数据 - 总孔隙度和有效孔隙度(实时数据) - 自由水孔隙度和束缚水孔隙度(实时数据) - 预测的渗透率(实时数据) - 孔隙特征 - 轻烃饱和度 ■ 优化的井下测量环境 - 原始地层 - 无污染的井眼 ■ 可适用于高井斜井 ■ 高的垂直分辨率 ■ 对定向测量没有磁干扰 ■ 低的震动敏感性 技 术 参 数 表 6 3/4" MagTrak

6 3/4" MagTrak 工具规格 传感器规格 井眼尺寸 8 3/8“ - 9 7/8“传感器距底端位置 9.97ft(3.04m)公称外径 6 3/4" (17.15cm)公称直径12.6“(320mm)两个低震动扶正器回波间隔可自定义,最小0.6ms 套筒长度9.6“(24.5cm)回波数可自定义,最大5000外径 1/8“欠尺寸 共振频率500kHz 总长/总重 名义磁场梯度 2.0G/cm 传感器带下扶正器 24.2ft(7.4m)3 197lbs(1 450kg)内存384MB,相当于340小时上扶正器 5.7ft(1.73m)705lbs(320kg) 2.8"(70mm)电源泥浆涡轮发电*静态纵向分辨率 接头 纵向分辨率 2 ft(钻速50ft/hr 和1空隙单位) 4 ft(钻速100ft/hr 和1空隙单位) NC50 下：INTEQ 标准扣 NC50 NC50 下：INTEQ 标准扣 NC50 操作参数 1 300 - 2 500 lpm 1 000 - 1688 lpm 最大钻压562 022 lbf(2 500kN)最大扭矩（钻头处）23 500ft-lbf(32 kNm)最大失效扭矩（钻头处）47 500ft-lbf(65 kNm)最大失效拉力 无旋转持续操作无旋转最大温度最大最小操作时300°F (150°C)-14°F(-10°C)极限温度347°F(175°C)-40°F(-40°C)最大静水压25 000 psi (1 725 bar)泥浆类型不含铁矿粉，不含海绵铁最小泥浆电阻率0.02ohm-m 最大轴向,径向,切向震动参阅《补充技术参数》881 251 lbf (3 920 kN) 1 16 2 262 lbf (5 170 kN) 最大狗腿度值对应相应的钻具组合， 它受到不同参数的影响，如钻具组合方式， 井身结构，钻进模式(造斜、降斜或稳斜)。为了优化钻具，需要专家的建议(BHASYS PRO)至于转速, 含沙量, 堵漏剂等可参照其它 随钻测量工具技术参数,如OnTrak, NaviTrak

核磁共振技术及其应用分解

核磁共振技术及其在食品分析检测中 的应用 The Technology of Nuclear Magnetic Resonance and Its Application in food analysis and detection

摘要 核磁共振分析技术是利用物理原理, 通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质.它不破坏被测样品的内部结构, 是一种无损检测方法. 本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在食品中的水分、油脂、玻璃态转变、碳水化合物、蛋白质及品质鉴定等方面的研究进展。 关键词：核磁共振技术；应用；食品；分析；检测。

Abstract The technology of nuclear magnetic resonance analysis can be used to determine the structure and the nature of molecules and it is a nondestructive test. This article introduces briefly its principles and its application in food detection was summarized in the aspect of moisture, oil, glass transition, carbohydrate, protein and quality detection. Keywords: technology of the nuclear magnetic resonance; application; food;analysis;detection.

核磁测井

核磁测井 1、现代NMRR测井 1、1脉冲NMR测井仪 传感器(如磁铁和天线)是脉冲NMR测井仪的核心部分。它对仪器的S／N、最小回波间距、探测深度(DOI)、测井速度和垂直分辨率有重要影响。在用的所有仪器在传感器的设计上都不尽相同，主要差别是电子线路、固件、脉冲序列、数据处理和解释算法。NMR仪器的详细技术指标都能在各家服务公司的网站上找到。 斯伦贝谢电缆式NMR测井仪器有三个天线和一个完全可编程的脉冲序列发生器，能进行多种不同方式的测量。两个152mm天线用于高分辨率测量，提供总孔隙度、束缚流体孔隙度和自由流体孔隙度。高分辨率天线还可用来探测天然气和轻烃，计算渗透率和孔隙大小分布。主天线长457mm，有多个频率，用于不同地层评价，提供多种NMR 测量。每个频率都对应不同DOI(从井壁算起为38～102mm)。主天线所提供的地层评价包括两个高分辨率天线所提供的所有地层评价，还用于评价流体径向剖面、流体体积和石油黏度。所有的商用NMR仪都有一些共同的特征，譬如：所有的仪器都采用强度很大的钐钴合金永久磁体，磁铁对温度变化相对不敏感。磁体用于极化(磁化)烃和水分子中的氢核(质子)。另一个共同的特征是它们都采用脉冲NMR测量。 1．2测量原理 NMR测量有两步。第一步是建立储层流体的净磁场，当仪器沿井简移动时，磁铁的磁场矢量B。磁化储层流体中的氢核，产生净磁场，磁场沿着B。方向，即纵向。在井壁附近区域(距井壁几英寸)，B。的大小一般为几百高斯。B。的大小随着离磁铁径向距离的增加而减小，从而在测量区域内形成磁场梯度或梯度分布。正如下面讨论的，磁场梯度用于识别储层流体并描述流体特征。在施加B。之前，氢核磁矩的方向是无序的，因此流体净磁场为0。在极化时间Tp内，磁化强度以指数形式增大到其平衡值Mo。描述磁场指数方式的时间常数为纵向弛豫时间，称之为T1。 在储层岩石中，用T1分布描述磁化过程。T1分布反映的是沉积岩中油气的复杂成分和孔隙大小分布。极化所需时间至少是最长T1时间的3倍以确保充分磁化。如果极化时间太短，得到的NMR孔隙度就会小于真实的地层孔隙度。极化时间一到，立即将RF脉冲串用于地层。第一个RF脉冲称为9O°脉冲，这是因为它能把最初与B。平行的磁化矢量旋转到垂直于B0的横向平面上。一旦磁化在横向平面内进行，它就会绕着B。旋转，就在原来产生脉冲的同一天线上产生一个随时问变化的信号。紧跟着9O。脉冲，首先产生一个NMR自由感应衰减(FID)信号，但由于其衰减太快而无法探测到。900脉冲之后是一系列间隔均匀的180。脉冲，用来使氢核的磁矩重新聚焦，形成连贯的自旋回波信号。在每对180。脉冲信号之间记录自旋回波信号。之所以把信号称之为回波，是因为它们在每一对180。脉冲的中间点能够达到最大幅度，然后在下一个脉冲到来之前快速衰减为零，下一脉冲重聚磁矩以产生下一个回波。 RF脉冲及相关的自旋回波就是所谓的Carr-Purcell-Meiboom(CPMG)序列，这是应用最广泛的NMR测井序列。自旋回波信号的包络线随特征时问常数(7"2)以指数规律衰减，称为横向弛豫时间或自旋一自旋弛豫(衰减)时间。外推到零时间(紧跟9O。脉冲)的自旋回波衰减曲线的幅度就等于推导的NMR总孔隙度(假设流体含氢指数等于1)。 NMR测井仪的一个重要技术指标是它的最小回波间隔。在确定T2敏感性极限--仪器能测量出的最小值方面，最小回波间隔和信噪比S／N起了重要作用。短的最小回波间隔对于准确而重复地测量包含黏土束缚水和微小孔隙(如测量小于3ms的T2值)在内的地层NMR总孔隙度是必需的。对于目前所用的仪器而言，其最小回波问隔大约在0．2～

核磁共振测井技术的研究现状

摘要核磁共振测井在我国的应用已经有十余年的历史，对我国复杂油气藏测井评价以及石油测井技术本身的发展都做出了有目共睹的积极贡献。例如，它提供的地层信息的丰富性，远多于其他任何单项测井方法；在复杂岩性，特殊岩性，如砂砾岩、火山岩等储层，常常是少数几种有效的重要方法之一；在束缚水引起的低阻油气藏，它是必不可少的方法；它是迄今为止唯一能够提供比较合理的地层渗透率的测井方法；对于深部气层，当天然气孔隙体积比较大时，它的显示十分明显；在稠油以及水淹层，有一定的经验关系存在；对原油粘度以及毛管压力曲线等信息也有较好的反映，等等。但是，由于或是使用条件的不适应，或是使用方法的不恰当，或是技术本身的不完善，也存在或出现过不少问题。例如，它求出的孔隙度时常偏低，有时也偏高；它求出的束缚水对地区或地层的依赖性比较强；它求出的渗透率还没有得到油藏专家的广泛应用；而在流体识别方面，它还有比较大的随意性和不确定性，等等。深入研究这些问题，对提高应用效果，挖掘应用潜力，发展核磁共振测井技术等，都有重要意义。本文从实际效果和技术适应性等几个方面，介绍和讨论我国核磁共振测井应用中存在的一些常见问题，以促进该项技术的正确应用。 我国的核磁共振测井是1996年开始的[1]。中油测井有限公司（CNLC）和华北油田测井公司（现中国石油集团测井有限公司即CPL的华北事业部）最先引进了NUMAR公司的C型磁共振成像测井仪（MRIL-C）。随后，这项技术在我国迅速推广。如今，10余套老的MRIL-C或升级后的MRIL-C/TP，30余套新的代MRIL-Prime（哈里伯顿商标），6套MREx（贝克阿特拉斯商标），3套CMR（斯仑贝谢商标）以及1套MR-Scanner在我国境内服务。均估算，年测井工作量在1000口左右，既有探井，也有生产井。油田公司对核磁共振测井的认可程度正逐年增加，特别是在复杂岩性，特殊岩性（碳酸盐岩，火山岩，砂砾岩等），低孔低渗，束缚水引起的低饱和度等复杂油气藏，核磁共振测井时常成为最后的、甚至是少数几个真正有效的测井手段。 但是，在我国核磁共振测井应用实践中，也发现许多问题，不仅影响了应用效果，还曾经在某种程度上影响过人们对这项技术的信心。这些问题主要集中在孔隙度和流体识别上。在孔隙度方面，从理论上来讲，核磁共振测井是最好的测量方法，应该能够提供准确的地层孔隙度测量结果，而实际上在气层，稠油层，或高矿化度钻井液等条件下，往往出现测量孔隙度偏低或偏高的情况，甚至表现出与地层岩性的某种相关性。在流体识别方面，从理论上讲，有这些可能性，并且也发展了相应的数据采集和处理方法，但是，却都有非常强的使用条件！如果不满足这些使用条件，当然不会有好的使用效果。至于核磁共振测井得到的束缚水，渗透率，孔径分布，毛管压力曲线，原油粘度等信息，都是由回波串反演出T2分布，然后再导出的二级参数，也都有非常强的使用条件。对应用实践中出现的种种问题进行归纳，总结和分析，将有益于改进提高核磁共振测井的应用效果。 核磁共振测井孔隙度 核磁共振测井孔隙度是被观测区域孔隙流体含氢指数与孔隙度的综合反映[2][3]，而且，受到多个因素的影响。这些因素包括：CPMG回波串采集参数；刻度；孔隙流体含氢指数；回波串的信噪比；钻井液矿化度；以及采集模式与处理方法。 一般来说，回波串采集参数如TW（等待时间），TE（回波间隔），NE（回波个数）以及90o脉冲和刻度等将影响对地层孔隙度的观测比较好理解。在测井作业中，也容易控制。孔隙流体含氢指数对核磁共振孔隙度的影响与对中子测井的影响是一样的，理论上容易分析，而实际情况则往往是：要么含氢指数无法已知，要么流体实际孔隙体积不能确定，所以，校正起来常常相当困难。这几个因素通常是使核磁共振观测的孔隙度比地层实际孔隙度偏低。而下

核磁共振技术及应用研究进展

科技信息 核磁共振（ＮｕｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ，简称ＮＭＲ）是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，最早于１９４６年被Ｂｌｏｃｈ和Ｐｕｒｃｅｌｌ等人用实验所证实［１］。核磁共振的发现具有十分重要的意义，不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证，而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。他们二人由于这项重大发现，共同分享了１９５２年的诺贝尔物理奖。 最初的核磁共振技术主要用于核物理方面，现今已经被化学，食品，医学，生物学，遗传学以及材料科学等领域广泛采用，已经成为在这些领域开展研究工作的有力工具。 在以往的半个世纪中，ＮＭＲ技术经历了几次飞跃。１９４５年ＮＭＲ信号的发现，１９４８年核磁弛豫理论的建立。１９５０年化学位移和耦合的发现以及１９６５年傅立叶变换谱学的诞生，迎来了ＮＭＲ的真正的繁荣期；自从７０年代以来，ＮＭＲ发展异常迅猛，形成了液体高分辨，固体高分辨和ＮＭＲ成像三雄鼎立的新局面。二维ＮＭＲ的发展，使得液体ＮＭＲ的应用迅速扩展到生物领域；交叉极化技术的发展，使５０年代就发明出来的固体魔角旋转技术在材料科学中发挥了巨大的作用；ＮＭＲ成像技术的发展，使ＮＭＲ进入了与人类生命息息相关的医学领域。 目前，ＮＭＲ技术已经成为研究高分子链结构的主要手段，对聚合物的构型，构象分析，立体异构的鉴定和序列分布，支化结构的长度和数量，共聚物和共缩聚物组成的定性，定量以及序列结构测定等均有独特的长处［２］。 核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁共振波谱（Ｎｕ－ｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）和磁共振成像（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ，简称ＭＲＩ）。核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的，主要用于测定物质的化学成分和分子结构［３］。核磁共振成像技术诞生于１９７３年，它是一种无损测量技术，可以用于获取多种物质的内部结构图像。由于核磁共振可获取的信息丰富，因此应用领域十分广泛，如分析化学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。 １核磁共振的基本原理 核磁共振是指原子核在外磁场作用下，其在能级之间共振跃迁的现象。原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示，μ具有方向性，μ＝νｈＩ，ｈ是普朗克常数，Ｉ为自旋量子数，简称自旋。旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量，ν值大表示原子核的磁性强，反之亦然。在天然同位素中，以氢原子核（质子）的ν值最大（４２．６ＭＨｚ／Ｔ），因此检测灵敏度最高，这也是质子首先被选择为ＮＭＲ研究对象的重要原因之一。 当把有磁矩的核（Ｉ≠０）置于某磁场中，该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动—— —拉莫尔进动，其频率由下式决定：ω＝２πν。式中ω为角频率，ν为拉莫尔进动频率。当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的核便吸收射频能，从低能态跃迁到高能态，此即核磁共振现象。没有自旋的原子核（Ｉ＝０）没有磁矩，这类核观察不到ＮＭＲ信号，如１４Ｃ，１６Ｏ，３２Ｓ等，Ｉ＝１／２的原子核是ＮＭＲ中研究得最多的核，如：１Ｈ，１３Ｃ，１９Ｆ，１５Ｎ等。 原子核的角动量通常称为核的自旋，是原子核的一个重要特性。由于原子核由质子和中子组成，质子和中子是具有自旋为１／２的粒子，它们在核内还有相对运动，因而具有相应的轨道角动量。所有核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核的自旋。原子核自旋角动量ＰＩ，遵循量子力学的角动量规则，它的大小为：ＰＩ＝［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２ｈＩ为整数或半整数Ｉ是核自旋量子数。原子核自旋在空间给定Ｚ方向上的投影ＰＩＺ为：ＰＩＺ＝ｍＩｈ，ｍＩ＝Ｉ，Ｉ－１，…，－Ｉ＋１，－Ｉ其中ｍＩ叫磁量子数。实验发现，所有基态的原子核的自旋都满足下面的规律：偶Ａ核的自旋为整数，其中，偶偶核（质子数和中子数都是偶数）的自旋都为零；奇Ａ核的自旋都是半整数。核子是费米子，因此，核子数Ａ为偶数的原子核是玻色子，遵循玻色—— —爱因斯坦统计；核子数Ａ为奇数的原子核是费米子，遵守费米—— —狄拉克统计。原子核磁矩原子核是一个带电的系统，而且有自旋，所以应该具有磁矩。和原子磁矩相似，原子核磁矩μＩ和原子核角动量ＰＩ有关系式：μＩ＝μＮｇＩ［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２μＺ＝ｍＩμＮｇＩ其中，ｇＩ称为原子核的朗德因子，μＮ＝ｅｈ／（２ｍｐ）＝５．０５０８×１０－２７Ｊ／Ｔ，称作核磁子。质子质量ｍｐ比电子质量ｍｅ大１８３６倍，所以核磁子比玻尔磁子小１８３６倍，可见原子核的磁相互作用比电子的磁相互作用弱得多。这个弱的相互作用正是原子光谱的超精细结构的来源。核磁共振由于原子核具有磁矩，当将被测样品放在外磁场Ｂ０中，则与磁场相互作用而获得附加的能量。Ｗ＝－μＩ?Ｂ０＝－ｍＩμＮｇＩＢ０，ｍＩ有２Ｉ＋１取值，即能级分裂成２Ｉ＋１个子能级，根据选择定则△ｍＩ＝±１，两相邻子能级间可以发生跃迁，跃迁能量：△Ｅ＝μＮ－ｇＩＢ０若其能级差△Ｅ与垂直于磁场方向上的电磁波光子的能量相等，则处在不同能级上的磁性核发生受激跃迁，由于处在低能级上的核略多于处在高能级上的核，故其净结果是低能级的核吸收了电磁波的能量ｈ＂跃迁到高能级上，这就是核磁共振吸收。该频率ｖ＝μＮｇＩＢ０／ｈ称为共振频率［４］。 ２核磁共振技术的实验装置 实现核磁共振可采取两种途径：一种是保持外磁场不变，而连续地改变入射电磁波频率；另一种是用一定频率的电磁波照射，而调节磁场的强弱。图１为核磁共振现象的装置示意图，采用调节入射电磁波频率的方法来达到核磁共振。样品装在小瓶中，并置于磁铁两极之间，瓶外绕有线圈，通有由射频振荡器输出的射频电流。于是，由线圈向样品发射电磁波。调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化，当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。 图１核磁共振实验装置示意图 核磁共振技术及应用研究进展 临沧师范高等专科学校数理系王东云 ［摘要］核磁共振分析技术是利用物理原理，通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质。 它不破坏被测样品的内部结构，是一种无损检测方法。本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在化学、生命科学中的应用。 ［关键词］核磁共振技术原理应用 基金项目：本文为临沧师范高等专科学校校级课题。 博士?专家论坛 ３５３ ——

核磁共振及其应用

核磁共振技术及其应用 刘飞 一、定义 核磁共振技术是指原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场同时作用下，当满足一定条件时发生的共振吸收现象，是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得信息的技术。 核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂（半数以上的原子核具有自旋，旋转时产生一些小磁场。当加一外加磁场时，这些原子核的能级发生分裂，这一物理现象称为塞曼分裂），共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。（百度百科） 二、原理 如同电子具有自旋角动量和自旋磁矩一样，原子核也有自旋角动量和自旋磁矩。核的自旋角动量I S ，即是原子核内所有核子（质子和中子）的自旋角动量和轨道角动量的矢量和，大小为 )1(S +=I I I ,（I 为核自旋量子数）。I S 在外磁场B 方向的投影为 I m S =z （假设磁场沿z 方向），I m 为核自旋磁量子数，I 一定时，I m 共有12+I 个不同的取值，即原来的能级分裂成了12+I 个能级。 自旋不为零的原子核具有磁矩μ，它与自旋角动量的关系为 I p gS m e 2=μ 其中p m 为质子质量，g 为核的朗德因子，取决于核的内部结构与特性。 核磁矩μ在外磁场B 方向的投影为

I N I p z p z m g gm m e gS m e μμ=== 22 式中N μ是一个常数，成为核磁子，有 12710057866.52e --??==T J m p N μ 磁矩与磁场的相互作用能为 B m g B B E I N μμμ-=-=?-=z 以氢核为例，氢核的自旋磁量子数21m ±=I ,它在外磁场中的能量如右 图。由B m g B B E I N μμμ-=-=?-=z ，得氢核 相邻两个能级的能量差为 B g E E E N μ=-=?12 ?当氢核在外磁场中时， 要从能级1E 跃迁至2E ,必须吸收频率0ν的电磁波， h B g E N μν=?=h 0 即，只有当入射电磁波的频率0νν=时，才能被氢核吸收。 三、应用 核磁共振适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D ）发展到如今的二维(2D)、三维(3D)甚至四维（4D ）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。 (一)固体核磁共振的应用 固体核磁共振常用于不溶性的高分子材料、膜蛋白、刚性金属及非金

核磁共振的应用

核磁共振光谱的应用 摘要：核磁共振( 简称NMR ) 是基于原子核磁性的一种波谱技术,它已被化学、食品、医学、生物学等学科领域广泛采用, 已成为在这些领域开展研究工作的有力工具。 关键词：核磁共振;食品工业；医药；生物科学； 核磁共振(简称NMR )是基于原子核磁性的一种波谱技术, 1945 年,FBloeh和EMPureell分别领导的两个小组几乎同时发现了核磁共振现象。他们二人由于这项重大发现, 共同分享了1952年诺贝尔物理学奖。最初,核磁共振技术主要用于核物理研究方面,现今,它已被化学、食品、医学、生物学、遗传学以及材料科学等学科领域广泛采用,已成为在这些领域开展研究工作的有力工具。在以往的半个世纪中, NMR技术经历了几次飞跃。1945年NMR信号的发现,1948年核磁弛豫理论的建立,1950年化学位移和藕合的发现以及1965年傅里叶变换谱学的诞生,迎来了NMR的真正的繁荣期。自从70年代以来,NMR发展异常迅猛,形成了液体高分辨、固体高分辨和NMR成象三雄鼎立的新局面。二维NMR的发展,使液体NMR的应用迅速扩展到了生物领域。NMR成象技术的发展,使NMR 进人了与人民生命息息相关的医学领域。目前, NMR 技术已成为研究高分子链结构的最主要手段,对于聚合物的构型、构象分析、立体异构体的鉴定和序列分布、支化结构的长度和数量、共聚物和共缩聚物组成的定性、定量以及序列结构测定等均有独特的长处。随着超导技术、计算机技术和脉冲傅立叶变换波谱仪的迅速发展的今天, 核磁共振已成为鉴定有机化合物结构和研究化学动力学等的极为重要的方法, 其功能及应用领域正在逐步扩大。 核磁共振的原理：原子核在外磁场中受到磁化,产生一定频率的震

核磁共振及其应用

核磁共振及其应用 发布范围：公开2010-02-03 16:26 核磁共振现象是由美国科学家柏塞尔 (E.M.Purcell)和瑞士科学家布洛赫(E.Blo ch)于1945年12月和1946年1月分别独立 发现的。他们共享了1952年诺贝尔物理学 奖。 核磁共振(nuclear magnetic resonan ce)是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时所发生的共振吸收现象，是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术。50多年来，由核磁共振转化为探索物质微观结构和性质的高新技术已取得了惊人的进展。目前，核磁共振已在物理学、化学、材料科学、生命科学等领域得到广泛应用。 如同电子具有自旋角动量和自旋磁矩一样，核也具有自旋角动量和自旋磁矩。核自旋 即是原子核内所有核子的自旋角动量与轨道角动量的矢量和，其大小 ，其中I为核自旋量子数。在外磁场方向(设磁场沿z方向)的投影为 ，称为核自旋磁量子数,I一定时，有(2I +1)个取值。 自旋不为零的原子核有磁矩，它与核自旋的关系为，式中为质子的质量，称为核的朗德因子，它取决于核的内部结构与特性，且是一个无量纲的量。于是，旋磁比。 核磁子在外磁场(沿z轴)方向的投影

, 其中 称作核磁子。通常将取最大值I时的 称为核的磁矩，记作 (1) 这磁矩在空间的可能取向如图2所示，它位于核磁矩在外磁场(沿z轴)中旋进的锥面上。磁矩与磁场的相互作用能为 （2） 由于同一I下有(2I +1)个值，因而原来得一个核能级附加上相互作用能，将会有(2 I +1)个能量值，称为为子能级。相邻两个子能级的能量差(因其值相差为1)为 (3) 例如，氢核的基态核能级，在恒定磁场中的分裂情况如图3所示。 已知核磁矩在外磁场的作用下旋进，可以求得其旋进角速度为，若再在垂直于 的方向加一个频率在射频范围的交变磁场B (如图4所示)，当其频率与核磁矩旋进频

核磁共振测井简介

引言 核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。本文主要讲解了核磁共振测井的发展历史、基本原理、基本应用、若干问题及展望。 发展历史 核磁共振作为一种物理现象，最初是由Bloch和Purcell于1946年发现的，从而揭开了核磁共振研究和应用的序幕。1952 年，Varian 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。1956 年，Brown 和Fatt研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。1960年，Brown 和Gamson研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。 但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。1985 年，ZviTaicher和Schmuel提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。 此后，核磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们代表性的产品分别是：Schlumberger--CMR、Halliburton--MRIL-P、Baker hughts—MREX。 基本原理 在没有任何外场的情况下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场σ0影响下，这个自旋系统被极化，即M重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，这个场的方向以频率ω0 进动。ω0与磁场强度σ

核磁共振的原理及其应用发展

核磁共振的原理及其应用发展 摘要:核磁共振是能够深入到物质内部而不破坏被测量对象的一种分析物质构造的现代技术，它通过利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于原子核的信息，具有迅速、准确、分辨率高等优点，因而在科研和生产中获得了广泛的应用。本文主要介绍了核磁共振技术的基本原理，以及核磁共振在化学化工、生物化学、医药等方面的应用，并指出核磁共振波谱技术将成为21世纪一个异常广阔的谱学研究领域. 关键词：核磁共振；NMR谱仪 The Application of Nuclear Magnetic Resonance Technology Abstract：Nuclear magnetic resonance are deep into the material can damage the internal rather than a measured analysis of the target material structure of modern technology,it is through the use of nuclear energy in the magnetic field changes the information on the atomic nucleus,with the rapid，accurate，,high resolution，which in scientific research and the production of a wide range of applications received.This paper describes the basic principles of nuclear magnetic resonance technology,and the application of nuclear magnetic resonance in chemical engineering,biochemistry, medicine and other aspects,and that the nuclear magnetic resonance spectroscopy technology will become a broad spectrum of unusual research field in the 21st century. Key：Nuclear magnetic resonance；NMR spectrometer 引言 核磁共振( Nuclear Magnetic Resonance，NMR)波谱学是一门发展非常迅速的科学。核磁共振是根据有磁的原子核，在磁场的作用下会引起能级分裂，若有相应的射频磁场作用时，在核能级之间将引起共振跃迁，从而得到化学结构信息的一门新技术。最早于1946年由哈佛大学的伯塞尔(E. M. Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F. Bloch)等人用实验所证实[1]。两人由此共同分享了1952年诺贝尔物理学奖[2]。核磁共振技术可以提供分子的化学结构和分子动力学的信息，已成为分子结构解析以及物质理化性质表征的常规技术手段[3]，在物理、化学、生物、医药、食品等领域得到广泛应用，在化学中更是常规分析不可少的手段。从70年代开始，在磁共振频谱学和计算机断层技术等基础上，又发展起一项崭新的医学

核磁共振测井理论与应用

核磁共振测井理论与应用 核磁共振测井技术应用研究的发展 一、快速发展的核磁共振测井技术 1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。 40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。70年代末至80年代初，美国Los Alamos国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面： 第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通

核磁共振技术及应用 综述

核磁共振技术及应用 学号：2011201373 姓名：杨海源 摘要:综述核磁共振技术的基本原理与优势以及该技术作为一种检 测分析手段在生物医药、食品、化工业中的应用进展。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是以原子核自旋的共振跃迁为探测对象的谱学方法。其最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化，自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。此方法专属性强、准确快捷, 可与其它方法相互补充, 用于诸多环节且有很好的应用前景。但在实际的应用中也还存在一些问题, 有待于进一步深入研究。 关键词:核磁共振技术，NMR，生物，食品，石油，分析，检测 Abstract The technology of nuclear magnetic resonance( NMR ) applying in biological medicine,food,chemical industry detection at home and abroad was summarized. The most basic principles of nuclei by magnetized in a magnetic field , the spin angular momentum precession , plus energy nuclei vibration frequency at the same time , the nuclei absorb energy level transition occurs , resonance absorption signal. According to current situation, it has some advantages in food detect ion such as fastness, accuracy, intactness. However, there are still some shortcomings, and we should further research to solve them in future. 1.前言

核磁共振测井原理

核磁共振测井原理 一、快速发展的核磁共振测井技术 1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。 40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。70年代末至80年代初，美国Los Alamos 国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面： 第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通过选频选定探测空间。因此使用各种新型核磁共振测井仪不象过去那样要进行繁重的泥浆处理作业。 第二，选用了由Carr，Purcell，Meiboon和Gill改进的脉冲回波序列技术，即CPMG 序列脉冲回波技术，它的思想是对可逆转散相效应引起的快衰减进行补偿。设计RF线圈和稳恒磁场的独特组合可以实现自旋回波序列。选用这种技术的优点是：（1）利用自旋转回波方法可以获得较高的信噪比，这对任何测量都是一个基本指标，对井下连续测量更重要。（2）自旋回波技术可放松对磁场极高均匀性的需求。这对MIR（核磁共振成象）和MRL（磁共振测井）都非常重要。MIR使用梯度场来定位信号怪生区域。MRL特别要求其测量对象置在探头之外，因此均匀度很高的磁场是不可能的。（3）自旋回波序列可视具体情况需要进行修改，有灵活可变化的特点，适于多种多样的井眼和地质情况。近二、三十年已发展出几百种回波序列。由于计算机和电子技术的不断发展，使僺作者控制RF脉冲的强度、相位、宽度和发射时间的能力不断增强，也使核磁共振测井可选用的自旋回波序列更丰富多样。 第三、开展了大量实验研究，为NMR测井应用提供了科学基础。实验研究是进场应用的基础，多年来国内外石油公司、研究单位、测井公司、大学对多孔岩石NMR测井应用的主要原理如孔隙度表面弛豫特性、体积流体弛豫特性、流体扩散弛豫、岩石中顺磁物质对弛豫影响，岩石孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性与弛豫特性的关系，束缚流体、可动流体弛豫特性，油、水、气弛豫特性差别，粘度、矿化度对弛豫时间影响等等方面开展了大量实验研究，同时对实验资料分析处理研究所作的假设与近似作了充分阐述，为应用核磁共振测井资料求岩石物理参数，识别油、气、水，预测产能，选择测井参数等建立了应用基础，大大推进发该技在油气勘探、开发中的应用。 第四、对测量参数的选择做了很多分析研究工作。每次测井中有三个参数能够控制，它们是回波间隔、等待时间和采集的回波总数。因而NMR测量是一种动态结果，取决于如何