低场核磁/低温冻融核磁共振纳米孔径分析仪

使用一台磁共振设备（低温冻融核磁共振纳米孔径分析仪）即可完成水相态、润湿性、孔径分布、 比表面积以及孔容率、空隙率测试。每个样品仅需取样一次，即可完成所有测试

理论基础：通过核磁共振T2谱，可以得到不同弛豫时间的水峰，弛豫时间越长，水分 子受到的束缚越小；弛豫时间越短，对应的水分子受到的束缚越强。分别对相同粒径的实 心和有孔颗粒进行核磁共振T2谱测试，通过对比得到水相态分布特征。

实验样品：4份直径5um纳米微球，其中3份 为有孔微球，一份为实心微球

实验步骤： 1.称取等质量的烘干样品放入样品管中。2.加入过量的水，抽真空饱和10min。3.用针管抽取表面浮水。4.测试核磁T2谱（3min/个）。

实验结果

实心球样品：2个峰 空心样品：3个峰 最右侧长弛豫峰:自由水峰；实心球无中间水峰，中间只有 三个峰，可判断中间峰为：孔 内水峰；最左侧有四个峰，可判断最左 侧为颗粒间水峰；

NMRC12-010T低温冻融核磁共振纳米孔径分析仪

PQ001核磁共振分析仪

设备主要参数：

1.磁体类型：永磁体 2.磁场强度：0.3±0.05T

3.仪器主频率：10MHz  4.探头线圈直径：11mm

5.最小回波时间：0.06ms  6.样品体积：0.5cm3-1cm3   7.控温范围：-35℃至32℃  8.控温精度：±0.02℃    9.降温速率：可控℃/min  10.孔径有效范围：2nm-500nm

方法概述

颗粒润湿性：指固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。也可表述为固体界面由固-气界面变为固-液界面的现象。从热力学观点看，当固体和液体接触后，体系表面自由能降低的现象叫润湿。

理论基础：通过核磁共振T2谱测试，观察样品中最长弛豫峰（自由水峰）的弛豫时间，可对比不同样品的亲疏水性。

实验步骤：100摄氏度烘干样品，测室温下的样品T2；每一样取约0.6g样品放入标样瓶中，再滴入0.15g蒸馏水；采用SEG-CPMG序列，测量刚滴入水初始状态的T2谱及2h、16h、21h的T2谱。

实验结果：亲水性强弱判断：通过对比3个样 品的自由水峰，可知亲水性由强到 弱：硅胶亲水>聚合物亲水>聚合物疏水。

孔径分布：（pore size distribution）是指多孔材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率。

目前孔径分布测量方法主要是：氮气吸附法、压汞法。

测试原理（低温冻融法）

理论基础：Gibbs–Thomson方程表明孔隙中液体的冰点随着孔隙尺寸的缩小而降低，其降低值与孔径大小成反比

x=-KGT/ΔT

核磁共振的孔径分布的测量范围为2nm~500nm。相对核磁共振弛豫法，核磁共振冻融法的优势为测量介孔孔径分布更准确，同时不受材料本底信号影响。

分析：

•低温冻融测试能反应不同样品间的 孔径分布差异

•同一样品的测试结果相比他们具有 较好的可重复性 

•低温冻融测试结果与压汞结果在孔 径分布上具有较好的可对比性

同一组样品采用冻融法与驰豫法结果比较

方法概述：比表面积 吸附法 其他方法 吸碘法(不用) 低温氮吸附法 吸汞法(不用) 吸附其他分子 比表面积：每克物质中所有颗粒 总表面积之和，(国际单位为m2/g)。

比表面积的测定对掌握 粉体材料和多孔材料的微观 性能和孔结构具有极为重要 的意义，是评价粉末及多孔 材料的活性、吸附、催化等 多种性能的一项重要参数

测试原理：

1、带孔颗粒（纳米微球）：带孔颗粒的T2谱为三个峰，在确定孔 内峰后，通过定标转化可以得到孔内水的总体积。核磁共振冻融法将T2 时间转化为孔径。借鉴石油岩心分析中的管束状模型，通过体积-表面 积转换，得到样品的比表面积

2、实心颗粒（实心球）：实验主要通过CPMG序列测量样品T2弛 豫时间经单组分反演过后的值代入特定公式得到。首先测定溶解样品的 T2弛豫时间大小，再通过公式计算样品的比表面积

Sa=(R2sp*R2f)/(Ψ*Kp)

实验样品：4份直径5um纳米微球，孔 径大小：10nm、20nm、30nm、实心 微球；1份重晶石粉。

理论基础：

1、孔容率：颗粒孔的总体积，除以样品质量 后，即得到样品的孔容率。 

2、空隙率：颗粒间空隙的总体积，除以样品 的堆积体积后，即得到样品的空隙率。

测试步骤： 1.称取一定质量的烘干样品放入样品管中。2.加入过量的水，抽真空饱和10min。3.用针管抽取表面浮水。4.测试核磁T2谱（3min/个）。5.孔内水峰、粒间水峰定标转化计算。

1、研究通过同材料的实心微球和空心微球对比差异，能准确地确定出相对 应的3个核磁T2谱峰。

2、已成功地计算出颗粒的比表面积，并推广应用到空心纳米球体，实心 纳米球和不规则颗粒的不同材料的类型。 

3、研究的测试输出包括了介孔的水相态分布，润湿性评价，孔径分布和 一些重要的表征参数：如比表面积，空隙率，孔容率。

4、将不同的两台设备功能统一应用到一台设备(低温冻融设备)，实现了 设备，评价和参数计算的一体化。

5、核磁结果与气体吸附法（BET）及压汞法对进行对比，互补和互相验证。