核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法-低場核磁(ci)

核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法(NMR cryoporometry,NMR-C)是(shi)壹(yi)種新興(xing)的孔(kong)隙表(biao)征技(ji)術(shu),可覆蓋(gai)納米孔(kong)隙的測(ce)試範圍,可實(shi)現對(dui)同(tong)壹(yi)樣品(pin)的連續(xu)測(ce)量,還能(neng)直(zhi)接(jie)、高效地獲(huo)取孔(kong)徑(jing)分(fen)布、孔(kong)隙度(du)等(deng)信息。測(ce)試過程(cheng)對(dui)樣品(pin)擾(rao)動小,在頁巖(yan)等(deng)低滲介質的納米孔(kong)隙研(yan)究中展(zhan)現(xian)出了(le)潛(qian)力(li),可對(dui)其他孔(kong)隙表(biao)征技(ji)術(shu)進(jin)行補充(chong)。

低溫核磁(ci)系(xi)統(tong)框(kuang)架圖

核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法通(tong)過采集(ji)變溫(wen)條件下的核磁(ci)共(gong)振信號(hao)來(lai)表(biao)征多(duo)孔(kong)介質孔(kong)隙內(nei)液(ye)體隨(sui)溫(wen)度(du)的相(xiang)變過程(cheng),基(ji)於受(shou)限材料(liao)的相(xiang)變理(li)論(lun),對(dui)多(duo)孔(kong)材料(liao)的孔(kong)隙度(du)、孔(kong)徑(jing)分(fen)布等(deng)性(xing)質進行深(shen)入研(yan)究。

核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法的實(shi)質是利用流體(ti)固(gu)、液(ye)態(tai)核磁(ci)共(gong)振弛(chi)豫性(xing)質的差異來(lai)表(biao)征孔(kong)隙結構特征。在(zai)實(shi)際測(ce)量過程(cheng)中(zhong),首(shou)先(xian)將(jiang)某種(zhong)液體(壹(yi)般為(wei)潤濕(shi)性(xing)液體(ti))飽和填(tian)充(chong)於待(dai)測(ce)的多(duo)孔(kong)固(gu)體(ti)材料(liao)中,通過儀(yi)器(qi)配備的冷(leng)卻裝置(zhi)進行變溫(wen)操(cao)作(zuo),測(ce)量相應(ying)相(xiang)變過程(cheng)的液(ye)體變化(hua)量,從(cong)而獲(huo)得熔化(hua)(或凝固(gu))曲(qu)線(xian),分(fen)析(xi)孔(kong)隙的相(xiang)關信息。

圖中(zhong)描述了(le)多(duo)孔(kong)材料(liao)中孔(kong)隙內(nei)物(wu)質的相(xiang)變過程(cheng)。隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)升高，孔(kong)隙內(nei)液(ye)體(水(shui)）從(cong)小孔(kong)到大孔(kong)逐漸(jian)開始融化，材料(liao)中液體(ti)物(wu)質逐漸增加(jia)，根據(ju)Gibbs–Thomson方程(cheng)，液(ye)體(ti)總(zong)含量隨(sui)溫(wen)度(du)升高而增(zeng)加(jia)的過程(cheng)可以看(kan)作(zuo)是孔(kong)隙體(ti)積(ji)從(cong)小孔(kong)到大孔(kong)的累積(ji)過程(cheng)，所以準(zhun)確(que)測(ce)量多(duo)孔(kong)材料(liao)變溫(wen)過程(cheng)中(zhong)液(ye)體(ti)的體(ti)積(ji)，可以得到材料(liao)的孔(kong)徑(jing)分(fen)布。

多(duo)孔(kong)材料(liao)中物質相變行為(wei)

常(chang)規(gui)的核磁(ci)共(gong)振弛(chi)豫法(fa)不能反映(ying)孔(kong)隙的孔(kong)徑(jing),需要進(jin)行系(xi)數(shu)換算得到孔(kong)徑(jing)分(fen)布。而核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法不但具有常(chang)規(gui)核磁(ci)共(gong)振技(ji)術(shu)的優勢,還能(neng)提(ti)高微孔(kong)、中孔(kong)的測(ce)試精(jing)度(du),測(ce)試範圍也能(neng)滿足(zu)低滲頁巖(yan)的需求。

核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法是(shi)壹(yi)種具有研(yan)究意義(yi)與應用價(jia)值的孔(kong)隙結構表(biao)征方(fang)法(fa).目前(qian),NMR-C已(yi)被廣泛用於研(yan)究介孔(kong)二氧化矽(gui)、生物(wu)細(xi)胞(bao)、木材等(deng)材料(liao)，並且(qie)在(zai)頁巖(yan)等(deng)巖(yan)石的孔(kong)隙表(biao)征方(fang)面(mian)也具(ju)有廣闊(kuo)的應(ying)用前(qian)景.

不同(tong)表征方(fang)法(fa)頁巖(yan)孔(kong)徑(jing)分(fen)布結果(guo)對(dui)比圖

相(xiang)較(jiao)於傳統(tong)的方(fang)法,核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法在(zai)納米介質孔(kong)隙研(yan)究方面(mian)的優點可概(gai)括如(ru)下(xia):

(1)該(gai)方(fang)法較(jiao)壓汞法(fa)、氮氣吸(xi)附(fu)法等(deng)能(neng)較(jiao)好(hao)地表(biao)征納米孔(kong)隙結構,且(qie)可在水(shui)相環(huan)境(jing)下進(jin)行測(ce)試。

(2)NMR-C利(li)用核磁(ci)共(gong)振技(ji)術(shu)對(dui)孔(kong)內(nei)信息進(jin)行直(zhi)接(jie)獲(huo)取,減小了(le)對(dui)孔(kong)隙結構的破(po)壞,也使(shi)得測(ce)試過程(cheng)更(geng)加(jia)直接(jie)、快(kuai)速。

(3)通(tong)過改變樣品(pin)形態(tai)以及利(li)用流體(ti)的毛細(xi)、擴散(san)等(deng)作(zuo)用,NMR-C可獲(huo)得閉(bi)孔(kong)信息,可用於低滲介質有效孔(kong)隙度(du)、總(zong)孔(kong)隙度(du)的對(dui)比研(yan)究。  

推(tui)薦儀(yi)器(qi)：核磁(ci)共(gong)振納米孔(kong)隙分(fen)析(xi)儀(yi)NMRC12-010V  

[參考(kao)資料(liao)： 核磁(ci)共(gong)振冷(leng)凍(dong)測(ce)孔(kong)法及其(qi)在(zai)頁巖(yan)納米孔(kong)隙表(biao)征的應(ying)用[J]. 科學(xue)通(tong)報, 2016, 21(v.61):71-78.]