土(tu)壤(rang)核磁共振無損(sun)檢測-水分與(yu)孔隙

土壤(rang)是位於地(di)球陸(lu)地(di)表面和(he)淺(qian)水域底(di)部的具(ju)有(you)生(sheng)命力和(he)生(sheng)產力的積(ji)聚(ju)層(ceng),是地(di)球系(xi)統的 重(zhong)要組(zu)成部(bu)分(fen)和(he)調(tiao)控環(huan)境質量(liang)的中心(xin)要(yao)素。土(tu)壤(rang)水作為(wei)土壤(rang)資源(yuan)的重(zhong)要組(zu)成部(bu)分(fen),是壹(yi)切(qie) 陸(lu)生(sheng)資源(yuan)賴以(yi)生(sheng)存的基(ji)礎(chu)。土(tu)壤(rang)孔隙結構(gou)是土壤(rang)的基(ji)本(ben)屬性(xing),土壤(rang)孔隙的數(shu)量(liang)、大(da)小分(fen)布、 形狀(zhuang)和三維(wei)空間(jian)構(gou)型(xing)決定(ding)了土(tu)壤(rang)通氣(qi)供水的能(neng)力,土(tu)壤(rang)孔隙也是土壤(rang)生(sheng)物(wu)運(yun)動(dong)的通道和生(sheng)活 的重(zhong)要場所。因(yin)此(ci),研(yan)究土壤(rang)水分狀(zhuang)態(tai)與(yu)孔隙分布(bu)對(dui)認識(shi)土壤(rang)基(ji)本(ben)屬性(xing)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。

核磁共振技術飛速(su)發展(zhan),按(an)照(zhao)場強大(da)小可分(fen)為(wei)低(di)場、中 場和高場。低(di)場核磁是指(zhi)場強低(di)於 0.5 T 的核磁技術,其(qi)造價(jia)低(di)廉,可以(yi)實現快(kuai)速無(wu)損(sun)檢測 水分含量(liang)以及(ji)水分在多(duo)孔介質中的交互(hu)作用[9],應用遍及(ji)食品、農(nong)業(ye)、生(sheng)命科(ke)學(xue)、地(di)質研(yan)究、 能源(yuan)勘探和(he)高分(fen)子(zi)材(cai)料等[10-14]領(ling)域,在及(ji)端條件(jian)下的凍(dong)融土(tu)壤(rang)也展(zhan)開(kai)了相(xiang)應研(yan)究。

紐邁(mai)MesoMR系(xi)列低(di)場核磁共振系(xi)統

核磁共振是壹(yi)種(zhong)快(kuai)速、無(wu)損(sun)的測(ce)量(liang)技術,可以(yi)微(wei) 觀地(di)揭示樣品中水分的變(bian)化(hua)規(gui)律(lv)。在核磁共振技術中,原(yuan)子(zi)核受(shou)射頻場作用撤除後(hou)以非(fei) 輻射的方(fang)式逐(zhu)步(bu)恢(hui)復到平衡(heng)狀(zhuang)態(tai),這壹(yi)過(guo)程稱(cheng)為(wei)弛豫(yu)過(guo)程。弛豫(yu)過(guo)程所(suo)需要的時(shi)間(jian)稱(cheng)作弛豫(yu)時間(jian)。水分子周圍(wei)不(bu)同的物(wu)理化(hua)學(xue)環(huan)境均會影(ying)響到氫(qing)質子的馳(chi)豫(yu)特性(xing),因(yin)此(ci)處於不(bu)同狀(zhuang)態(tai)條 件(jian)下水就表現(xian)出不(bu)同的馳(chi)豫(yu)時間(jian)(自(zi)旋(xuan)-晶格(ge)弛豫(yu)時間(jian) T1 和(he)自(zi)旋(xuan)-自(zi)旋(xuan)弛豫(yu)時間(jian) T2)。利用低(di) 場核磁共振技術測(ce)定(ding)能反映(ying)水分子流動(dong)性的氫(qing)核的自(zi)旋(xuan)-晶格(ge)馳(chi)豫(yu)時間(jian) T1 和(he)自(zi)旋(xuan)-自(zi)旋(xuan)馳(chi)豫(yu) 時間(jian) T2,就(jiu)可描(miao)述樣品中水分子的運(yun)動(dong)情(qing)況及(ji)其存在的狀(zhuang)態(tai)。

目前(qian)認為(wei)分布(bu)在土(tu)壤(rang)中的水主要存在兩(liang)種(zhong)狀(zhuang)態(tai):束(shu)縛(fu)水(包括吸(xi)濕(shi)水和膜狀(zhuang)水)和自(zi)由(you) 水(包括毛管(guan)水、重力水和地(di)下水) ,低(di)場核磁共振技術主(zhu)要通過(guo)測(ce)量(liang)土壤(rang)孔隙中水的 T2 弛豫(yu)時間(jian)來(lai)確定(ding)土壤(rang)孔隙結構(gou)中小(xiao)孔隙和大(da)孔隙的分(fen)布情(qing)況。本(ben)研(yan)究對(dui)土壤(rang)進行 CPMG自(zi)旋(xuan)回(hui)波脈沖(chong)序(xu)列下的測(ce)試,得(de)到自(zi)旋(xuan)回(hui)波串的衰(shuai)減信號,其 信號是不(bu)同大(da)小孔隙內(nei)水中氫(qing)質子信號的疊加(jia),再經(jing)過(guo)傅裏葉變(bian)換(huan)擬(ni)合得(de)到核磁共振 T2 譜。 因(yin)此(ci), T2 譜分布(bu)反應了孔隙大(da)小,大(da)孔隙對(dui)應長(chang) T2 值(zhi),小(xiao)孔隙對(dui)應短 T2 值(zhi)。