[发明专利]用于测量固体和浆体含水量的低场NMR设备

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振（NMR）测量设备及方法。本发明尤其涉及一种用于测量固体和浆体(slurry)的含水量的NMR设备及方法。

背景技术

NMR测量是基于使用静磁场（主磁场）为一大群原子核提供净磁化并使用射频磁场（RF场）的射频脉冲（RF脉冲）使净磁化偏离静磁场的方向而进行的，其工作频率（拉莫尔频率）由有关的原子核及主磁场的大小来限定。通过测量NMR信号，即，测量由进动（precessing）净磁化所导致的在接收RF线圈中感生的EMF（其逐渐弛豫回与主磁场平行，又称之为自由感应衰减（FID）），能够检测偏离的进动净磁化的弛豫。弛豫速度由主磁场的均匀性以及待测量物质的性质确定。

使用NMR光谱法或弛豫时间法能够精确且快速地测量各种材料样品的含水量。基于NMR的水分含量测量设备的广泛使用一直主要受到测量设备高成本的阻碍。尤其是，在例如生物质含水量测量的许多应用中，期望的样品体积达数分升量级或更大，这对设备尺寸或其它规格设定了实际限制。

现有技术（例如Quantum magnetics Inc的最终研究报告中的“Remote Automatic On-Line Sensor”一文）提出在基于NMR的含水量测量中应当使用5至6MHz的最小工作频率，以便维持合理的恢复时间，即，跟随所传送的RF脉冲的接收电路死区时间。这需要使用相对高的主磁场（＞125mT）。高磁场还增大了可测量的信号幅度。其它现有技术（The British Journal of Radiology，71(1998)，704-707）还教示由NMR信号在接收线圈中感应的电动势基本与主磁场强度的平方成比例。然而，使用这种大小的场强例如增加了设备成本、功耗以及磁体质量。此外，在高磁场中温度变化和主磁场的不均匀性效应十分明显，这进一步使设备设计复杂化。另外，在高磁场中，例如涉及设备外部杂散磁场的安全方面变得更重要。以上方面在期望样品体积较大时更为突出。IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY的2002年3月第1刊12卷中出自Barale,P.J.等人的“The Use of a Permanent Magnet for Water Content Measurement of Wood Chips”一文提出能够在0.47T的主磁场（产生20MHz的工作频率）下测量木屑的含水量。虽然可能的样品体积（“好场(good field)”体积）仅为少于10ml，但所使用的永磁体却重达68kg。现有技术的其它示例包括溶出试验中的含水量分析，例如由Tablets&Capsules的2010年1月刊中出自Butler James等人的“Using low-field MRI to improve tablet dissolution testing”一文中提出的在0.5T主磁场和小样品体积下的溶出试验。

还已经尝试使用更低的频率及场强。例如，在2005年8月21-25日于加拿大多伦多举办的International Symposium of the Society of Core Analysts(核心分析师协会国际论坛)中出自Kantzas A.等人的“LOW FIELD NMR APPLICATIONS IN OIL SANDS MINING AND EXTRACTION”一文已使用一种1MHz的Corespec1000^TM（由永磁体产生24mT的主磁场）弛豫仪装置来确定20ml矿石和矿沫样品中油和水的含量。

正如以上所引用的现有技术那样，使用永磁体在小样品体积上产生良好均匀度的所需场强相对较易。但是，由于采样标准以及例如生物质样品的颗粒尺寸通常较大等原因，在许多应用中都需要大的样品体积。然而，以上所引用的设备设计并不适于测量大的样品体积，这是因为这些设备设计一旦按比例增大到所需尺寸时将会造成制造的昂贵和困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖的适于测量大样品体积（0.5l或更大）的基于NMR的含水量测量设备及方法。具体而言，其一个目标在于提供一种设备。另一目的在于提供一种能够被设计为重量轻的设备。

本发明基于这样的思路，其利用至少0.5升的测量体积以及400-2000kHz的低工作频率，根据本发明，这可使用电阻式电磁体来实现。更具体而言，本发明在独立权利要求中加以限定。

根据一个实施例，所述设备包括：

-样品收纳空间，能够容纳体积至少为0.5dm³的样品，