超低场核磁共振谱仪及测量方法技术

本公开提供一种超低场核磁共振谱仪，包括：预极化模块，适用于预极化核磁共振样品；样品运输装置，包括运输管，适用于内置封装有核磁共振样品的样品管，所述核磁共振样品在所述运输管内移动；脉冲控制模块，适用于向完成预极化的所述核磁共振样品施加脉冲磁场；信号检测模块，适用于对所述核磁共振样品产生的磁场进行探测；以及主控模块，适用于对超低场核磁共振谱仪的操作执行时序控制以及采集和分析所述核磁共振样品产生的磁场；其中，样品运输装置还包括引导线圈，适用于产生均匀引导场，以控制核磁共振样品移动时所处的磁场环境。本公开还提供一种核磁共振测量方法。公开还提供一种核磁共振测量方法。公开还提供一种核磁共振测量方法。

【技术实现步骤摘要】
超低场核磁共振谱仪及测量方法


[0001]本专利技术涉及核磁共振领域，尤其涉及一种超低场核磁共振谱仪及测量方法。

技术介绍

[0002]核磁共振(NMR)是物质科学领域的一个基本物理现象，它能够用来准确、快速和无破坏性地获取物质的组成和结构上的信息，是当代科学中重要的物质探索技术。为了提高灵敏度，传统的核磁共振谱仪不断地向提高磁场方向发展。但是随着磁场的提高，大型超导磁体的成本与制造难度急剧升高，磁场的不均匀性也随之增加，严重影响了核磁共振的谱线分辨率。
[0003]近年来，随着物质科学探索的不断深入，人们开始逐渐探索核磁共振从高磁场向超低场发展的可能性。随着量子传感器的快速发展，原子磁力计这一量子传感器为超低场核磁共振提供了高灵敏检测手段，可以实现高灵敏度高分辨率的核磁共振检测。基于原子磁力计的超低场核磁共振谱仪，在低频信号段具有极高的检测灵敏度。由于消除了对昂贵超导磁体的依赖，超低场核磁共振在经济性、便携性以及磁场均匀性等方面都具有突出的优势，在医学、生物、化学、精密测量等方面有广泛的应用前景。

技术实现思路

[0004]目前超低场核磁共振的量子控制方法和技术还很匮乏。
[0005]本专利技术实施例提供了一种超低场核磁共振谱仪，包括：预极化模块，适用于预极化核磁共振样品；样品运输装置，包括运输管，适用于内置封装有核磁共振样品的样品管，所述核磁共振样品在所述运输管内移动；脉冲控制模块，适用于向完成预极化的所述核磁共振样品施加脉冲磁场；信号检测模块，适用于对所述核磁共振样品产生的磁场进行探测；以及主控模块，适用于对超低场核磁共振谱仪的操作执行时序控制以及采集和分析所述核磁共振样品产生的磁场；其中，样品运输装置还包括引导线圈，适用于产生均匀引导场，以控制核磁共振样品移动时所处的磁场环境。
[0006]在一种可能实施的方式中，所述样品运输装置还包括：真空泵；第一电磁阀以及第二电磁阀，依次与真空泵连接，所述第一电磁阀以及第二电磁阀通过开合控制所述核磁共振样品在所述运输管内移动；以及所述运输管处于所述预极化模块作用内的区域为极化区，所述运输管处于信号检测模块作用内的区域为探测区，所述核磁共振样品移动范围为极化区、探测区以及极化区和探测区之间的区域。
[0007]在一种可能实施的方式中，所述引导线圈包括：螺线管引导线圈，环绕设置在所述运输管外围；以及三维引导线圈，设置在所述探测区内螺线管引导线圈末端外周；所述螺线管引导线圈与所述三维引导线圈能够同时产生引导场。
[0008]在一种可能实施的方式中，所述脉冲控制模块包括：任意波发生单元，适用于产生任意形状的脉冲电压；脉冲线圈，适用于根据所述脉冲电压向核磁共振样品施加脉冲磁场；以及功率放大单元，适用于向脉冲线圈提供放大后的直流电流。
[0009]在一种可能实施的方式中，所述运输管还包括至少一个开关电路，适用于控制所述脉冲电压的通断。
[0010]在一种可能实施的方式中，所述样品管外围还设置有支撑环，运输管下端的隔热层设有向下凸出的容纳空间，使得样品管落下后不直接与隔热层接触。
[0011]在一种可能实施的方式中，所述信号检测模块包括：原子磁力计，所述原子磁力计包括：屏蔽系统，适用于提供无磁环境；真空加热系统，适用于提供高温条件；以及光探测系统，适用于通过探测原子在不同磁场下的动力学过程，将磁场信息转变为电压信号。
[0012]在一种可能实施的方式中，所述主控模块包括：时序控制单元，适用于对超低场核磁共振谱仪工作流程的时序控制；数据采集单元，采集所述核磁共振样品磁场的磁信号并转化成电信号输出；以及终端设备，适用于接收分析所述数据采集单元输出的数据。
[0013]在一种可能实施的方式中，所述脉冲线圈包括分别沿x，y，z方向正交的三组亥姆霍兹线圈，其中，至少一组亥姆霍兹线圈同向绕6匝线圈，使电阻约为1Ω。
[0014]本专利技术实施例还提供一种核磁共振测量方法，包括：将核磁共振样品置于预极化区域内；对核磁共振样品预极化；将预极化后的核磁共振样品置于探测区，对所述核磁共振样品施加脉冲；关闭所述脉冲，等待信号检测模块恢复工作状态；采集所述信号检测模块测量数据并分析。
[0015]本专利技术公开了一种超低场核磁共振谱仪，在超低场核磁共振实验中可以同时施加多维度的任意波形，也极大的消除了脉冲操纵磁场带来的干扰磁噪声对测量的影响，实现了对核自旋体系的高相干控制精度，使得超低场核磁共振的操控更加精准。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一个实施例的超低场核磁共振谱仪的示意图；
[0017]图2为本专利技术一个实施例的预极化模块以及样品运输装置的示意图；
[0018]图3为本专利技术一个实施例的运输管下端的示意图；
[0019]图4为本专利技术一个实施例的脉冲控制模块的示意图；
[0020]图5为本专利技术一个实施例的SERF原子磁力计的示意图；以及
[0021]图6为本专利技术实施例实现的核磁共振测量方法的流程图。
[0022]【附图中符号说明】
[0023]10
‑
核磁共振样品；
[0024]100
‑
超低场核磁共振谱仪；
[0025]101
‑
预极化模块；
[0026]102
‑
样品运输装置；
[0027]1021
‑
真空泵；
[0028]1022
‑
限流阀；
[0029]1023
‑
第一电磁阀；
[0030]1024
‑
第二电磁阀；
[0031]1025
‑
运输管；
[0032]1026
‑
螺线管引导线圈；
[0033]1027
‑
三维引导线圈；
[0034]1028
‑
支撑环；
[0035]1029
‑
隔热层；
[0036]103
‑
脉冲控制模块；
[0037]1033
‑
脉冲线圈；
[0038]104
‑
信号检测模块；
[0039]1041
‑
原子气体室；以及
[0040]105
‑
主控模块。
具体实施方式
[0041]本专利技术公开了一种超低场核磁共振谱仪及测量方法，实现了高精度脉冲控制的超低场核磁共振谱仪在近零场下达到亚飞特斯拉的测磁灵敏度，为高精度脉冲控制模块提供了高精度测量系统。
[0042]以下，将参照附图来描述本专利技术的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低场核磁共振谱仪(100)，包括：预极化模块(101)，适用于预极化核磁共振样品(10)；样品运输装置(102)，包括运输管(1025)，适用于内置封装有核磁共振样品(10)的样品管，所述核磁共振样品(10)在所述运输管(1025)内移动；脉冲控制模块(103)，适用于向完成预极化的所述核磁共振样品(10)施加脉冲磁场；信号检测模块(104)，适用于对所述核磁共振样品(10)产生的磁场进行探测；以及主控模块(105)，适用于对超低场核磁共振谱仪(100)的操作执行时序控制以及采集和分析所述核磁共振样品(10)产生的磁场；其中，样品运输装置(102)还包括引导线圈，适用于产生均匀引导场，以控制核磁共振样品(10)移动时所处的磁场环境。2.根据权利要求1所述的超低场核磁共振谱仪(100)，其中，所述样品运输装置(102)还包括：真空泵(1021)；第一电磁阀(1023)以及第二电磁阀(1024)，依次与真空泵(1021)连接，所述第一电磁阀(1023)以及第二电磁阀(1024)通过开合控制所述核磁共振样品(10)在所述运输管(1025)内移动；以及所述运输管(1025)处于所述预极化模块(101)作用内的区域为极化区，所述运输管(1025)处于信号检测模块(104)作用内的区域为探测区，所述核磁共振样品(10)移动范围为极化区、探测区以及极化区和探测区之间的区域。3.根据权利要求1所述的超低场核磁共振谱仪(100)，其中，所述引导线圈包括：螺线管引导线圈(1026)，环绕设置在所述运输管(1025)外围；以及三维引导线圈(1027)，设置在所述探测区内螺线管引导线圈(1026)末端外周；所述螺线管引导线圈(1026)与所述三维引导线圈(1027)能够同时产生引导场。4.根据权利要求1所述的超低场核磁共振谱仪(100)，其中，所述脉冲控制模块(103)包括：任意波发生单元，适用...

【专利技术属性】
技术研发人员：江敏，李庆，王元泓，徐旻翔，彭新华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：