低场时域核磁共振用于土壤润湿性的检测 土壤润湿性(wettability)对土壤的性能参数之一,其表现为快速吸水,持水能力强。土壤的憎水性(repellency)是指土壤具有较差的润湿性,其表现为植物生长缓慢、表面多尘、因缺少图聚核而结构一致,这种现象增加了地下水污染的可能性。土壤憎水性的成因包括:自然发生的、因火灾或污染产生等。污染引起的土壤憎水性通常是由于土壤长期暴露在液相或气相的石油烃中。因此对于土壤润湿性的评价非常重要。 传统的评价方法包括乙醇滴定法(MED)和水分渗透时间法(WDPT),这两种方法虽然检测快速、易于操作,但也有着不可忽略的弊端。在MED法中:如果不忽略固-液分子相互作用性质的差异的情况,那么土壤/水/空气系统不能直接与土壤/乙醇水溶液/空气系统进行比较,且MED测试结果重复性较差。在WDPT法中:时间维度的选择过于随意,且无特定的物理意义。增加核磁共振磁场强度能够提高检测的灵敏度,增加核磁共振磁场均匀性能够提高弛豫信号质量。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质产品介绍
油对T2分布的影响随孔隙中流体的不同而不同。水和轻质油图4.6(上)为水和轻质油充填水湿地层的体积模型。模型中各组分之间的明显边界并不意味着对应的衰变谱之间的明显边界。如果用较短的TE和较长的TW来测量回波序列,那么水将具有较宽的T2分布,而轻质油则倾向于在单个T2值附近显示更窄的分布水与轻质油的扩散系数差异不大;因此,两种流体之间的D对比不会很明显。轻质油和孔隙水的T1值差异很大;因此,两种液体之间的T1对比将被检测到。高精度磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测原理多孔介质在水利工程、土木工程等领域有广泛应用。
纵向弛豫(T1)和横向弛豫(T2)是由质子之间的磁相互作用引起的。从原子的角度来看,当一个进动的质子系统将能量传递给周围环境时,弛豫就发生了。供体质子弛豫到它的低能态,在低能态中质子沿着B0的方向进动。同样的转移也有助于T2弛豫。此外,消相有助于T2松弛,而不涉及向周围环境转移能量。因此,横向弛豫总是比纵向弛豫快;因此,T2总是小于等于T1。·对于固体中的质子,T2比T1小得多。·对于流体中的质子:(1)当流体处于均匀静磁场时,T1近似等于T2。(2)当流体处于梯度磁场并采用CPMG测量过程时,T2小于T1,其差异主要受磁场梯度、回波间距和流体扩散率的控制。当润湿流体填充多孔介质(如岩石)时,T1和T2都急剧减小,并且弛豫机制不同于固体或流体中的质子。
孔隙度:岩石中孔隙体积V_p(或岩石中未被固体物质填充的空间体积)与岩石总体积V_b的比值,用希腊字母ϕ表示:ϕ=V_p/V_b×100%
1)***孔隙度:岩石总孔隙体积V_p与岩石总体积V_b之比:ϕ_a=V_p/V_b×100%
2)连通孔隙度:岩石中相互连通的孔隙体积V_c与岩石总体积V_b之比:ϕ_c=V_c/V_b×100%
3)有效(含烃)孔隙度:岩石中含烃类体积V_e与岩石总体积V_b之比:ϕ_e=V_e/V_b×100%
4)流动孔隙度:流体能在其内自由流动的孔隙体积V_ff与岩石总体积V_b之比:
ϕ_ff=V_ff/V_b×100%
ϕ_a>ϕ_c≥ϕ_e>ϕ_ff 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。
相比于经典的土壤水分测量方法,基于低场核磁的土壤水分相态分布探测技术具有操作步骤简单、测试过程便捷、成本投入较低的优势。另外,它还有专门使用的土壤水分测量软件,实现了参数设置、定标、测量、数据上传、查询过程的一体化,可以直接将测试结果实时传输到电脑终端,结合自动灌溉系统,实现了设施菜地土壤管理的科学化和自动化。另外,由于核磁共振测氢技术可以很好地区分不与固体颗粒或溶剂相互作用的自由水和结晶水,以及物理化学键结合的结合水或不易移动水,并且可以通过横向弛豫特征峰面积与土壤含水率之间的线性关系推算出土壤含水量,从而可为土壤水分相态分布的检出提供新的技术支持。核磁共振磁场温度的稳定性主要从材料和磁体的工作环境两个方面改进,钐钴材料能更好。高精度磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测原理
水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质低场核磁共振技术主要采用永磁体结构,主要采集被检测样品的弛豫信息。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质产品介绍
气体、轻质油、水和一些中等粘度的油表现出明显的扩散诱导当它们处于梯度磁场和长回波间隔的CPMG序列时,会发生弛豫。对于这些流体,与扩散机制相关的弛豫时间常数的Tdison成为检测它们的重要工具。当静磁场中存在***的梯度时,分子扩散会引起附加减相,因此增加了弛豫速率(1/T2)。这种失相是由分子移动到磁场强度不同的区域,因此其中岁差率不同。扩散弛豫对弛豫时间T1没有影响率(1/T)。与自由弛豫一样,物理性质如粘度和分子组成控制着扩散系数。同样,环境条件、温度和压力都会影响扩散。由式3.12~3.14可知,气、油、水的扩散系数随温度的升高而增大(粘度n随温度的升高而减小)。气体的扩散系数随压力的增加而减小,因为气体密度随压力的增加而增加。油的扩散系数差别很大,因为不同的油表现出***的分子组成,这导致了***的粘度范围。低场时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质产品介绍
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