在能(neng)源開采、天(tian)然氣儲(chu)運及(ji)二(er)氧(yang)化(hua)碳封(feng)存等(deng)領域，氣體(ti)水(shui)合(he)物的快速(su)、可控生(sheng)成是關鍵(jian)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)之(zhi)壹。水(shui)合(he)物促進劑的研(yan)發與(yu)應用(yong)，旨在顯(xian)著提(ti)升(sheng)水(shui)合(he)物的生(sheng)成速(su)率(lv)與存儲(chu)密(mi)度(du)，但其(qi)調控過程極(ji)為(wei)復(fu)雜(za)，涉(she)及微(wei)觀相態、水(shui)分(fen)分(fen)布(bu)及孔隙結(jie)構的動(dong)態變化(hua)。如何實時、無損(sun)、精準地(di)監(jian)測(ce)這壹(yi)動(dong)態過程，成為(wei)科研(yan)與工(gong)程(cheng)實踐的迫(po)切需求(qiu)。在此背(bei)景(jing)下，低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術憑借其(qi)獨特(te)優勢，已成為(wei)水(shui)合(he)物促進劑調控過程監(jian)測(ce)研(yan)究中(zhong)不(bu)可-或(huo)缺(que)的強(qiang)大(da)工(gong)具(ju)。

低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術的原(yuan)理簡(jian)介

該技(ji)術(shu)的物理基(ji)礎是原(yuan)子(zi)核(he)的(de)自(zi)旋(xuan)特(te)性。在恒(heng)定主(zhu)磁(ci)場(chang)中(zhong)，樣(yang)品中(zhong)的(de)氫(qing)原(yuan)子(zi)核(he)（質子(zi)）會發生(sheng)能(neng)級分裂。施(shi)加(jia)特(te)定頻率的(de)射(she)頻脈沖後，質子(zi)發生(sheng)共(gong)振(zhen)吸收能(neng)量。當脈沖停止(zhi)，質子(zi)會釋放能(neng)量並恢復(fu)到(dao)平(ping)衡狀(zhuang)態，這壹(yi)過程稱(cheng)為(wei)“弛豫(yu)"，包(bao)括縱向弛豫(yu)（T1）和(he)橫向弛豫(yu)（T2）。水(shui)分(fen)子(zi)在不(bu)同狀(zhuang)態（自(zi)由(you)、束(shu)縛(fu)、固(gu)態）下，其(qi)質子(zi)的弛(chi)豫(yu)時(shi)間存在顯(xian)著差(cha)異(yi)。通(tong)過測(ce)量和(he)分析弛豫(yu)時(shi)間及其(qi)分布(bu)，即(ji)可反演(yan)出(chu)樣(yang)品內部水(shui)分(fen)的(de)含(han)量、賦(fu)存狀態及動(dong)態遷移(yi)信息，且無(wu)需侵入或破(po)壞(huai)樣(yang)品。

低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術在水(shui)合(he)物促進劑研(yan)究中(zhong)的(de)應用(yong)

在探(tan)究(jiu)水(shui)合(he)物促進劑效能(neng)的過程中(zhong)，核(he)心(xin)在於(yu)明(ming)晰(xi)其(qi)如何影(ying)響水(shui)分(fen)子(zi)與氣體(ti)分子(zi)的相互(hu)作用(yong)、成核(he)動(dong)力學(xue)及(ji)生(sheng)長(chang)過程。低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術能(neng)夠通過探(tan)測(ce)水(shui)體(ti)中(zhong)氫(qing)原(yuan)子(zi)（質子(zi)）的弛(chi)豫(yu)信號（T1、T2弛豫(yu)時(shi)間），直接(jie)、原(yuan)位地(di)反映水(shui)分(fen)子(zi)所處物理化(hua)學環境(jing)的變化(hua)。

具(ju)體(ti)應用(yong)中(zhong)，研(yan)究人(ren)員(yuan)利用(yong)該技術(shu)可實時監(jian)測(ce)：

1）水(shui)分(fen)相態轉化(hua)：自(zi)由(you)水(shui)轉(zhuan)化(hua)為籠型水(shui)合(he)物晶體(ti)時，氫(qing)原(yuan)子(zi)的運動(dong)狀(zhuang)態發生(sheng)劇(ju)變，導(dao)致(zhi)其(qi)弛豫(yu)時(shi)間顯著縮短(duan)。通(tong)過追蹤T2譜分(fen)布的(de)變化(hua)，可以(yi)清晰(xi)識別(bie)出(chu)自(zi)由(you)水(shui)、結(jie)合(he)水(shui)及(ji)水(shui)合(he)物中(zhong)水(shui)的(de)信號峰，從(cong)而定量(liang)計(ji)算(suan)水(shui)合(he)物的生(sheng)成量(liang)、轉(zhuan)化(hua)率。

2）促進劑的影(ying)響機制(zhi)：不(bu)同種(zhong)類(lei)、濃度的促(cu)進(jin)劑（如表面(mian)活(huo)性劑、納米(mi)顆粒等(deng)）會改變水(shui)-氣界(jie)面(mian)性質及水(shui)分(fen)分(fen)布(bu)。LF-NMR能(neng)夠靈敏捕捉這些(xie)微(wei)觀變化(hua)，揭示促進劑是加速(su)了(le)傳(chuan)質過程，還(hai)是改變了(le)成核(he)路(lu)徑。

3）多(duo)孔介質內過程：在模(mo)擬儲(chu)層的多(duo)孔介質（如砂(sha)巖）中(zhong)，技(ji)術(shu)可無(wu)損(sun)探(tan)測(ce)孔隙尺度內水(shui)合(he)物的空間(jian)分布(bu)與生(sheng)長(chang)模(mo)式(shi)，評估(gu)促(cu)進(jin)劑在復(fu)雜(za)地(di)質條件(jian)下(xia)的實際(ji)效能(neng)。

圖(tu)壹：水(shui)合(he)物形成不(bu)同階(jie)段的核(he)磁(ci)信號

圖(tu)二(er)：水(shui)合(he)物形成不(bu)同階(jie)段的分(fen)層核(he)磁(ci)信號

圖(tu)三(san)：水(shui)合(he)物形成過程中(zhong)T2譜(pu)

低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術與傳(chuan)統檢(jian)測(ce)方法的對(dui)比優勢

相較(jiao)於(yu)傳(chuan)統用(yong)於(yu)水(shui)合(he)物研(yan)究的(de)監(jian)測(ce)手段，如壓差(cha)法(fa)、氣相色(se)譜(pu)法(fa)、視(shi)覺觀(guan)測(ce)或熱量分析，低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術展現出(chu)了多(duo)維度(du)優勢：

無(wu)損(sun)與原(yuan)位監(jian)測(ce)：LF-NMR完(wan)-全(quan)無需侵入樣(yang)品，可在不(bu)幹(gan)擾水(shui)合(he)物生(sheng)成/分(fen)解過程的(de)前(qian)提下，實現真正(zheng)的原(yuan)位、連(lian)續(xu)監(jian)測(ce)，獲取連(lian)續(xu)的(de)動(dong)態數據(ju)，完(wan)整(zheng)記錄(lu)反應歷程。

高分辨(bian)與定量(liang)能(neng)力：它(ta)能(neng)有效區分不(bu)同相態的水(shui)（自(zi)由(you)水(shui)、結(jie)合(he)水(shui)、水(shui)合(he)物中(zhong)的(de)水(shui)），並(bing)提(ti)供(gong)精確(que)的定量(liang)信息，如(ru)水(shui)合(he)物飽(bao)和度、水(shui)分(fen)轉(zhuan)化(hua)率，這是許(xu)多(duo)傳(chuan)統方法難以(yi)直接(jie)實現的。

適(shi)用(yong)於(yu)復(fu)雜(za)體(ti)系：尤(you)其(qi)擅長(chang)分(fen)析不(bu)透(tou)明(ming)體(ti)系（如多孔介質、乳(ru)化(hua)液、含固(gu)體(ti)顆粒體(ti)系）內部的過程，突(tu)破(po)了視(shi)覺觀(guan)測(ce)等(deng)方法的局(ju)限。

信息維(wei)度(du)豐富：除(chu)含(han)量(liang)外(wai)，還(hai)能(neng)提供關於(yu)孔隙結(jie)構、流體(ti)流動(dong)性等(deng)多方面(mian)信息，有(you)助(zhu)於(yu)從(cong)多角度(du)理解促(cu)進劑的調控機制(zhi)。

操(cao)作相對(dui)簡便安全(quan)：低(di)場(chang)設(she)備(bei)磁(ci)場(chang)強度(du)低(di)，無(wu)需液(ye)氦(hai)冷卻(que)，維護成本低(di)，運行安全(quan)穩(wen)定，更便於(yu)實驗室長(chang)期(qi)、頻繁(fan)使(shi)用(yong)。

綜上(shang)所述，將低(di)場(chang)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)技(ji)術應用(yong)於(yu)水(shui)合(he)物促進劑調控過程監(jian)測(ce)，為深(shen)入理解促(cu)進劑的作用(yong)機理(li)、優化(hua)其(qi)性能(neng)提供了前所-未(wei)有(you)的微(wei)觀視(shi)角和(he)精準數據支撐(cheng)。它(ta)正推動(dong)著(zhe)水(shui)合(he)物技術從(cong)宏觀現(xian)象(xiang)描述向微(wei)觀機制(zhi)解析的深(shen)刻變革，在未(wei)來(lai)高(gao)效(xiao)、可控的(de)水(shui)合(he)物技術開發中(zhong)必將(jiang)發揮更加核(he)心(xin)的(de)作用(yong)。