[發(fā)明專利]一種用于低溫固相電化學(xué)-核磁共振的低電場鞍型射頻線圈

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811330300.0
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109597009B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫惠軍;陳杰;謝君堯;陳忠;鄭振耀
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G01R33/385
• 分類號: G01R33/385
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;林燕玲

一種用于低溫固相電化學(xué)?核磁共振的低電場鞍型射頻線圈，包括鞍型線圈、電場屏蔽層、上托板、下托板、調(diào)諧匹配電路板、定位板以及支撐桿。鞍型線圈用于射頻激勵和信號檢測。電場屏蔽層置于馬鞍型線圈內(nèi)部，為圓柱形平行環(huán)狀電路構(gòu)成的鏤空結(jié)構(gòu)，用于減少射頻脈沖在線圈內(nèi)部產(chǎn)生的電場分量。上托板和下托板分別固定在鞍型線圈上下兩端，用于固定電場屏蔽層以及樣品管。調(diào)諧匹配電路板安裝在定位板和上托板之間。定位板安裝在整個結(jié)構(gòu)的最上端。整體射頻線圈電路和支架結(jié)構(gòu)可置于?196℃的超低溫液氮環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)固相變溫核磁共振檢測，線圈內(nèi)部的電場強(qiáng)度大幅度降低，樣品所吸收的射頻熱量顯著減少。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)核磁共振(Electrochemical Nuclear Magnetic Resonance，EC-NMR)聯(lián)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)，尤其是涉及一種用于低溫固相電化學(xué)-核磁共振的低電場鞍型射頻線圈。

背景技術(shù)

常規(guī)核磁共振波譜儀探頭由線圈、調(diào)諧匹配電路及各功能支架組成，實(shí)驗(yàn)中探頭和樣品均處于常溫環(huán)境。固相低溫EC-NMR實(shí)驗(yàn)將樣品放置在低至液氮溫度的超低溫環(huán)境下，對電化學(xué)體系反應(yīng)過程進(jìn)行原位監(jiān)測，獲取電化學(xué)反應(yīng)過程中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物的核磁共振信息，從分子水平上揭示電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。這一實(shí)驗(yàn)過程往往需要累加上千次采樣，射頻脈沖的持續(xù)激發(fā)將在樣品上產(chǎn)生大量的熱能，致使樣品實(shí)際溫度升高，而低溫溫度檢測傳感器距離線圈和樣品較遠(yuǎn)，所指示的溫度和樣品內(nèi)部的實(shí)際溫度有偏差，特別是在射頻脈沖連續(xù)激發(fā)的情況下，樣品內(nèi)部的溫度會明顯高于溫度傳感器指示的溫度。這將產(chǎn)生檢測誤差，影響反應(yīng)機(jī)理分析等。實(shí)驗(yàn)樣品的溫度會急劇上升，不僅會破壞實(shí)驗(yàn)樣品的結(jié)構(gòu)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且會縮短樣品的壽命。因此射頻脈沖在樣品中產(chǎn)生的熱量是固相低溫EC-NMR實(shí)驗(yàn)需要克服的重要問題。

核磁共振實(shí)驗(yàn)中，樣品中的射頻場效應(yīng)通常指的是振蕩B₁場產(chǎn)生的擾動。而射頻場傳播的電場E₁對樣品的激發(fā)不起作用，常常會被忽略。然而累加實(shí)驗(yàn)中射頻電磁波中的電場會產(chǎn)生大量的熱能。這些熱能(即射頻電場加在樣品上所產(chǎn)生的熱量)的產(chǎn)生與線圈和樣品的四種物理現(xiàn)象有關(guān)聯(lián)。第一種是導(dǎo)電樣品中電荷流動產(chǎn)生的焦耳效應(yīng)，在這一種情況下，焦耳電流產(chǎn)生的原因主要是發(fā)射時射頻脈沖在線圈中產(chǎn)生的電流和接收時線圈的渦流(特別是在梯度的快速切換期間)。第二種是在使用振蕩電場時，樣品內(nèi)的自由電荷開始運(yùn)動，發(fā)生電阻性損耗。第三種是振蕩場中的樣品電偶極子相互作用，但是這種相互作用被電偶極子所在的環(huán)境所阻礙，并且能量來源于電場(介電損耗)。第四種是自旋產(chǎn)生的磁共振吸收，在室溫情況下的NMR實(shí)驗(yàn)中，其所產(chǎn)生的熱能可以忽略不計(jì)，而在低溫液氮環(huán)境下，該因素會明顯增大。

在有關(guān)低溫固相EC-NMR的各類文獻(xiàn)中，射頻脈沖產(chǎn)生的熱效應(yīng)影響和所采取措施均未見報道，線圈結(jié)構(gòu)也為螺旋線圈形狀。例如：文獻(xiàn)“Y.Y.Tong,A.Wieckowski,andE.Oldfield.NMR of Electrocatalysts,J.Phys.Chem.B2002,106,2434-2446”報道了一種用于固相EC-NMR的螺旋線圈電路結(jié)構(gòu)。而常規(guī)核磁共振低電場射頻線圈產(chǎn)品主要是改進(jìn)型loop-gap線圈內(nèi)側(cè)兩端各嵌套一個環(huán)狀導(dǎo)體，例如安捷倫核磁共振波譜儀配置的探頭常規(guī)氫通道線圈。

低電場線圈的相應(yīng)文獻(xiàn)報道，主要有如下幾種：第一種是采用正交線圈設(shè)計(jì)，外層通常是loop-gap線圈，內(nèi)層是螺線管線圈，內(nèi)外兩層相互隔離，一般是用在雙通道檢測中，而且這種設(shè)計(jì)往往是為了減少樣品在¹H頻率下的電場。例如：文獻(xiàn)“Peter L.Gor’kov,Eduard Y.Chekmeney,and Conggang Li.Using low-E resonators to reduce RFheating in biological samples for static solid-state NMR up to 900MHz,J.Magn.Reson.185(2007)77-93.”報道了該種線圈地設(shè)計(jì)方法和其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。