一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用领域示例

表层沃土商品土中腐殖酸（HA） 提取及HA覆层sand样品的制作；重油中沥青（Asphaltenes）提取及沥青覆层sand样品的制作； 标准样品0.002 M CuSO4溶液的弛豫时间当量240us（1MHz）；Bulk蒸馏水的弛豫时间当量2500ms； 3.5cm直径、5cm高的样品管；承装样品的高度略小于1.5cm（磁场的MORE检测区域），加盖，特氟龙胶带缠绕，防止蒸发； 以1滴/秒的速度滴加蒸馏水，直至样品的上表面有一薄层液体，模拟下雨的情况； 如果不加水，NMR测得的都是噪音信号，这说明该文章中所使用的NMR设备和测量方法无法测得固体有机质信号； 前后两次测量土壤样品的幅值误差小于4%（验证重复性）； 标准样品的幅值误差小于5%，整个实验周期内（约20天）； NMR定量测量水含量与Mass balance方法（天平）误差小于5%，NMR定量测量含水量的精度达到0.01g；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。一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用领域示例

水泥基材料仍然是世界上极重要的工程材料之一。尽管水泥基材料广阔应用到工程建设中已有很长 时间，然而鉴于测试手段的限制，人们对水泥的水化进程、水化过程中微观结构的形成及其与水泥基材料宏观性能间的关系等内容并不完全清楚。自核磁共振这一物理现象被发现以来，核磁共振测试技术已经广阔应用到生物制药、食品安全和材料表征等领域。 近年来，随着低场核磁共振技术的发展，其逐渐被应用到水泥基材料的研究中，它可以提供关于水泥基材料的孔隙率、 孔径分布和水化动力学等方面的信息，成为表征水泥基材料的一种重要手段。小核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用介绍小型核磁共振仪器能够从频率维度、空间维度和时间维度信息表征物体特性。

岩石中流体的扩散受到周围固体介质的限制，是一种受限扩散，其扩散系数、弛豫时间与岩石孔隙结构和表面性质有很大的关系，岩心流体中自旋核磁矩弛豫与扩散机理，对深入了解低渗透岩石孔隙结构和渗流特征有很大帮助．同时，岩心中表面润湿性与核磁共振参数的关系是润湿性研究的基础。岩心中弛豫时间测量基本的规律是：与孔壁表面接触越紧密，流体的弛豫时间越短．由于分子无规则热运动引起分子与孔壁的碰撞进而产生表面弛豫作用，孔径中的扩散和弛豫时间有非常紧密地联系．

低场时域核磁共振技术（弛豫时间理论）以其无损、无侵入、检测时间短、可检测至更加微观的维度等特点，在土壤分析领域的应用越来越被科研工作者关注，尤其在土壤孔隙表征方面，包括孔径大小测量、孔径分布分析等。与X-Ray计算机断层扫描技术（X-Ray Computed tomography）相比，低场时域核磁共振技术检测更快，可对土壤中的纳米级孔隙进行定量分析，可用于研究土壤不同系统中的水动力学研究，如陶土/水系统、有机物/水系统等。MAGMED-Soil-2260高精度磁共振土壤分析仪是用于测试土壤等多孔介质的分析仪，该系统 主要用于对样品水分物性，自由与束缚水，以及水分迁移的测量分析，可用于对土壤等多 孔介质的孔隙度、孔隙大小分布的测量与分析，还可用于探测和研究样品中的固体有机质。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于岩芯弛豫时间T1和T2、T1-T2 二维分布检测。

粘土结合水、毛细管结合水和可动水具有不同的孔隙大小和位置。烃类流体在孔隙空间中的位置与盐水不同，通常占据较大的孔隙。它们在粘度和扩散系数上也与卤水不同。核磁共振测井利用这些差异来表征孔隙空间中的流体。图1.13定性地表示了岩石孔隙中不同流体的核磁共振性质。一般来说，结合流体的T1和T2时间都很短，扩散速度也很慢(小D)，这是由于分子在小孔隙中的运动受到限制。游离水通常具有中等的T1、T2和D值。碳氢化合物，如天然气、轻质油、中粘度油和重油，也有非常不同的核磁共振特征。天然气表现出很长的T1时间，但很短的T2时间和单指数型弛豫衰减。油的核磁共振特性变化很大，很大程度上取决于油的粘度。较轻的油具有高度的扩散，具有较长的T1和T2时间，并且通常表现为单指数衰减。随着黏度的增加和碳氢化合物混合物变得更加复杂，扩散减少，就像T1和T2时间一样，弛豫伴随着越来越复杂的多指数衰减。基于孔隙流体信号的独特核磁共振特征，已经开发出应用程序来识别并在某些情况下量化存在的碳氢化合物类型。低场核磁设备一般采用永磁体，测试样品介于两磁极中心，通过激励与信号处理即可得到稳定。TD-NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质有效孔隙度检测

核磁共振检测技术特点：测量目标原子核的独一性。一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用领域示例

将比表面积为380m2/kg的普通硅酸盐水泥与铁渣粉混合制成不同铁渣含量的试样。试样真空保水后使用PM-1030磁共振水泥基材料分析仪进行检测。将测试结果反演得到曲线图，观察各试件饱水样T2 谱相似，均有2~3个弛豫峰且均以短弛豫为主，弛豫时间绝大部分在0.01ms~1ms 之间，在10ms~100ms和100ms~1000ms之间存在比例很小的峰。每个弛豫峰表征一种状态的水（化学结合水、 吸附水、孔隙水与自由水）。研究表明 ：化学结合水的横向弛豫时间很短，试验无法采集到试件中化学结合水的信号，已知吸附水流动性＜孔隙水流动性＜自由水流动性。T2 值小孔 隙就小，T2 值大孔隙就大，T2 与 r 正相关，因此核 磁共振T2 谱测试结果可间接反映试件内部孔隙结构。 T2 时间越短，水的流动性越差。因此，T2 谱的3个峰依次对应饱水试件中吸附水、孔隙水和自由水中氢核的核磁共振信号。一站式核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用领域示例