Способ измерения размеров микрокристаллов



Способ измерения размеров микрокристаллов
Способ измерения размеров микрокристаллов
Способ измерения размеров микрокристаллов
Способ измерения размеров микрокристаллов
Способ измерения размеров микрокристаллов
Способ измерения размеров микрокристаллов
Способ измерения размеров микрокристаллов

 


Владельцы патента RU 2539775:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к радиоспектроскопии ЯКР и может быть использовано для измерения размеров микрокристаллов, содержащих квадрупольные ядра. Способ включает регистрацию сигналов квадрупольного спинового эха, определение времени релаксации T 2 * посредством инверсии преобразования Лапласа, расчет эквивалентного радиуса гранул с помощью полученной формулы и предварительно измеренных констант, характерных для данного вещества. Измерения выполняются с помощью релаксометрии ядерного квадрупольного резонанса, а в качестве регистрируемого параметра используется время релаксации T 2 * . Техническим результатом изобретения является неразрушающий способ измерения размеров микрогранул в порошках, в микропористых и микрокомпозитных материалах, однозначно идентифицирующий материал измеряемых микрогранул, не требующий использования сильного поляризующего магнитного поля. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиоспектроскопии ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) и может быть использовано в разных областях промышленности, медицине, для контроля технологических процессов в режиме реального времени - везде, где необходимо измерять степень диспергированности или агломерации вещества.

Существует большое количество разнообразных способов определения размеров микро- и наночастиц, обладающих как своими преимуществами, так и недостатками, которые применяются во многих отраслях производственной и исследовательской деятельности.

Известен способ ситового анализа. Это самый старый и простой способ, преимуществами которого являются дешевизна оборудования (набор сит с разной апертурой), возможность применения для крупных частиц.

Данный способ имеет следующие основные недостатки:

1) невозможность измерения малых частиц (с эффективным диаметром менее 40 мкм),

2) необъективный (заниженный) результат при измерении частиц вытянутой (игольчатой) формы,

3) невозможность исследовать эмульсии и аэрозоли.

Известен способ седиментации, основанный на использовании закона Стокса и измерения установившейся скорости оседания частиц в эмульсии. Способ позволяет измерять гранулы размером 2-50 мкм [1].

Данный способ имеет недостатки:

1) ограниченный диапазон измерений размеров частиц,

2) большое время измерения (до 1 часа), сложность повторных измерений,

3) невозможность получения корректных результатов при наличии смеси частиц разных материалов,

4) необходимость качественной термостабилизации эмульсии в процессе измерений.

Известен способ лазерной дифракции, основанный на регистрации интенсивности рассеянного света, угловая зависимость которого определяется размерами и оптическими свойствами частиц. Это современный, широко распространенный способ, работающий в диапазоне размеров 0.1-2000 мкм [2].

Данный способ имеет недостатки:

1) сложность измерения материалов в сухом порошке (требуется распыление воздушной струей),

2) измеряемые частицы должны быть светонепроницаемыми, частицы разных размеров должны рассеивать свет с одинаковой интенсивностью,

3) при наличии частиц в смеси с частицами других материалов избирательно они не анализируются.

Известен также способ ядерного магнитного резонанса (ЯМР), основанный на анализе распределения времен спиновой релаксации Т2 посредством измерения спада амплитуды сигналов спинового эха в последовательности Карра-Парцелла-Мейбума-Джилла и последующего применения инверсии преобразования Лапласа. Метод позволяет регистрировать распределение размеров капель жидкости в эмульсиях, определять относительные размеры пор и их распределение по размерам в пористых материалах. Метод выгодно отличается от других избирательностью к веществам, позволяет одновременно идентифицировать материал измеряемых частиц жидкости. Метод является неразрушающим и неинвазивным.

[3] - K.J. Packer, С. Rees, Pulsed NMR studies of restricted diffusion. I. Droplet size distributions in emulsions, J. Colloid Interface Sci. 40 (2) (1972) 206-218;

[4] - The minispec TD-NMR Droplet Size Analyzer, http://www.bruker.com/fileadmin/user_upload/8-PDF-Docs/MagneticResonance/TD-NMR/minispec_Droplet_T137159.pdf

[5] - Yi-Qiao Song, Magnetic Resonance of Porous Media (MRPM): A perspective. Journal of Magnetic Resonance 229 (2013) 12-24; /6/ - Pore size distributions, http://www.magritek.com/Droducts-rca-specs).

Он взят нами за прототип.

Данный способ имеет недостатки:

1) метод не позволяет измерять размеры частиц в твердом состоянии, т.к. времена релаксации T2 резко сокращаются при переходе вещества в твердое состояние,

2) как и все другие известные методы, данный метод не позволяет измерять размеры микрогранул в составе композитных материалов.

Задачей данного изобретения является разработка способа измерения размеров микрокристаллов в порошках, микропористых (фиг.1а) и микропористых (фиг.1b) материалах, обладающего избирательной и идентифицирующей материал способностью. На фиг.1а и 1b обозначено: 1 - микрокристаллы исследуемого вещества в составе композита и в пористом материале, 2 - основа композита или пористого материала, 3 - воздух в порах. Поставленная задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - измерении распределения времен релаксации посредством инверсии преобразования Лапласа затухающих сигналов спинового эха; использования зависимости усредненного времени релаксации от размеров частицы и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - использовании релаксометрии не ядерного магнитного, а ядерного квадрупольного резонанса; регистрация распределения времени релаксации T 2 * , а не времени релаксации T2 и, наконец, применение не уравнения Браунштейна-Тарра [5]:

а формулы, учитывающей реальное распределение неоднородностей в приповерхностном слое частицы [7].

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи совокупности существенных признаков заявляемого изобретения с достигаемым результатом.

Во-первых, впервые предложен неразрушающий способ измерения размеров микрогранул в микрокомпозитных материалах, однозначно идентифицирующий материал измеряемых микрочастиц.

Во-вторых, в отличие от прототипа, предложенный способ позволяет измерять размеры гранул сухих порошков.

В-третьих, способ релаксометрии ЯКР не требует наличия сильного постоянного магнита для поляризации измеряемого вещества. Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок - раньше такие приемы не использовались для решения такой задачи.

Рассмотрим реализацию предлагаемого изобретения на примере микрокристаллов порошка хлората калия KClO3. При экспоненциальном распределении неоднородностей у поверхности гранул преобладающие в микрокристалле времена релаксации описываются функцией [7]:

где обозначено: T 2 * - измеряемое время релаксации, r - радиус эквивалентной сферы гранулы, r0 - эффективная глубина проникновения неоднородностей в приповерхностном слое гранулы, T 2 b * и T 2 s * времена релаксации в центре гранулы (при r/r0→∞) и на поверхности соответственно.

Для определения характерных для данного материала констант ( T 2 b * , T 2 s * и r0), используя набор сит, готовим несколько фракций разного размера (минимум три), измеряем сигналы спинового эха, используя релаксометр ЯКР и применяя инверсию преобразования Лапласа к этим сигналам, находим распределение времен релаксации T 2 * для фракций с разным эквивалентным радиусом частиц (фиг.2). Строим зависимость наиболее вероятного времени релаксации T 2 * ( r ) как функции от эквивалентного радиуса (фиг.3). Из аппроксимации этой зависимости формулой (1), находим характерные для порошка KClO3 константы: T 2 b * = 0 . 3 2 ± 0 . 0 2 м с , T 2 s * = 0 . 0 2 3 ± 0 . 0 0 4 , r0=10±2 мкм. Теперь для этого вещества измерение размеров микрокристаллов сводится к измерению времени релаксации T 2 * релаксометром ЯКР. Если при измерении времени релаксации образца с неизвестными размерами микрокристаллов получаем, например, T 2 * = 0 . 2 0 3 м с , то вычисление по формуле

дает определяемый эквивалентный радиус этих частиц: r=32±2 мкм.

Источники информации

1. Alien Т., Particle Size Measurement: v.1: Powder sampling and particle size measurement. Springer, 1996, 552 p.

2. Renliang Xu // Particle Characterization: Light Scattering Methods, Particle Technology Series, V.13, Kluwer Academic Publishers, 2002.

3. K.J. Packer, C. Rees, Pulsed NMR studies of restricted diffusion. I. Droplet size distributions in emulsions, J. Colloid Interface Sci. 40 (2) (1972) 206-218.

4. The minispec TD-NMR Droplet Size Analyzer, http://www.bruker.com/fileadmin/user_upload/8-PDF-Docs/MagneticResonance/TD-NMR/minispec_Droplet_T137159.pdf

5. Yi-Qiao Song, Magnetic Resonance of Porous Media (MRPM): A perspective. Journal of Magnetic Resonance 229 (2013) 12-24; /6/ - Pore size distributions, http://www.magritek.com/products-rca-specs).

6. Pore size distributions, http://www.magritek.com/products-rca-specs).

7. Синявский Н.Я. Инверсия многоэкспоненциальных затухающих сигналов ЯКР Материалы V Всероссийской научной конференции ученых, специалистов и ППС. Территориально-распределенные системы охраны. - Калининград: КПИ ФСБ России, 2012. - с.91-95.

Способ измерения размеров твердых частиц, содержащих квадрупольные ядра, включающий регистрацию сигналов спинового эха, определение времени релаксации T 2 * посредством инверсии преобразования Лапласа половины сигнала эха, расчет эквивалентного радиуса гранул с помощью полученной формулы и предварительно измеренных констант для данного вещества, отличающийся тем, что измерения выполнены с помощью релаксометрии ядерного квадрупольного резонанса, а в качестве регистрируемого параметра использовано время релаксации T 2 * , расчет которого при экспоненциальном распределении неоднородностей у поверхности гранул в микрокристалле выполняется по формуле
,
где обозначено: T 2 * - измеряемое время релаксации, r - радиус эквивалентной сферы гранулы, r0 - эффективная глубина проникновения неоднородностей в приповерхностном слое гранулы, T 2 b * и T 2 s * времена релаксации в центре гранулы (при r/r0→∞) и на поверхности соответственно.



 

Похожие патенты:

Использование: для дистанционного обнаружения вещества посредством магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения запрещенных веществ, упакованных в неметаллическую оболочку.

Использование: для оперативного контроля качества нефти и нефтепродуктов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют возбуждение в образце, помещенном в постоянное магнитное поле, сигналов спин-эхо протонного магнитного резонанса (ПМР) сериями радиочастотных импульсов, регистрируют амплитуды спин-эхо в эталонном и измеряемом образцах, причем в качестве эталонных образцов берут компоненты исследуемой смеси - воды и нефти (или нефтепродукта), измеряют эффективные времена спин-спиновой релаксации в эталонных и измеряемом образцах по начальным участкам огибающих эхо-сигналов в интервале, который выбирают определенным образом, при этом в образец добавляют компоненту смеси, обуславливающую величину сигнала ПМР компоненты с наименьшим содержанием, после чего определяют концентрацию воды и нефти согласно соответствующим математическим выражениям, кроме этого, дополнительно определяют интегральные параметры дисперсного распределения капель воды из времен спин-решеточной релаксации воды по определенной формуле.

Использование: для измерения характеристик вещества методом ЯМР. Сущность: заключается в том, что для определения параметров самодиффузии исследуемого образца используют цикл импульсной последовательности, состоящий из заданного количества градиентных импульсов, длительность, форма, амплитуда и интервалы между которыми постоянны, и двух радиочастотных импульсов - 90-градусного и 180-градусного с интервалом т между ними, подаваемых в промежутках между третьим с конца и предпоследним градиентным импульсом и между предпоследним и последним градиентным импульсом соответственно.

Изобретение относится к области нефтегазовой геологии и может быть использовано при поиске углеводородов. Сущность: выполняют съемку рельефа акватории.

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с зарегистрованной полной кривой спада и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле.

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность: заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с формой полной кривой спада, и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле.

Использование: для магниторезонансного обследования объектов. Сущность: заключается в том, что принимают множество групп магниторезонансных сигналов от объекта для различных положений опоры в двумерной области, причем по меньшей мере первое из положений и второе из положений смещены относительно друг друга в первом направлении, и причем по меньшей мере первое из положений и третье из положений смещены относительно друг друга во втором направлении, ортогональном первому направлению.

Предложен способ поиска и обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ, находящихся в неметаллической оболочке и в укрывающих средах. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения наркотического вещества.

Использование: для диагностической визуализации. Сущность: заключается в том, что выполняют комбинированное формирование изображений посредством РЕТ-МР томографии (позитронно-эмиссионная (РЕТ)-магниторезонансная (MP) томография) для создания гибридных или улучшенных изображений, которые объединяют в себе преимущества обоих способов воздействия.

Предложено устройство прецизионного перемещения полноразмерного керна в датчике ЯМР. Устройство содержит подающий и приемный конвейерные модули.

Использование: для измерения состава и расхода многокомпонентных жидкостей методом ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения состава и расхода многокомпонентных жидкостей с использованием метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) включает релаксометр ЯМР с датчиком, имеющим трубку, для облучения потока жидкости и получения сигналов спин-эхо ЯМР, по которым определяются параметры жидкости, систему пробоотбора, содержащую измерительную трубу, соединенную трубкой пробоотбора с релаксометром ЯМР, при этом измерительная труба имеет конический расширитель, а в трубке пробоотбора установлен патрубок, имеющий возможность перемещения по сечению конического расширителя, при этом конический расширитель расположен вертикально, в измерительной трубе, перед входом потока жидкости в конический расширитель, установлена защитная сетка, в коническом расширителе установлены тензометрические датчики давления, а в полости нижней части конического расширителя по периметру размещены зубчатые кольца, на трубке пробоотбора размещены электромагнитные катушки управления перемещением патрубка, при этом контроль перемещения патрубка по сечению конического расширителя осуществляется введенным контроллером, соединенным с электромагнитными катушками. Технический результат: исключение расслоения фаз в коническом расширителе измерительной трубы и возможности засорения патрубка пробоотбора асфальтено-смолистыми включениями и механическими примесями, обеспечение эффективной турбулизации и гомогенизации потока жидкости в коническом расширителе измерительной трубы, а также автоматизации процесса измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Использование: для разделения изображений воды и жира в магнитно-резонансной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют получение двух комплексных изображений I1 и I2 с различными временами эха, в которых сигналы от воды и жира находятся соответственно в фазе и в противофазе, вычисление значений фазы 2φ комплексного вектора I 2 = ( I 2 I 1 * / | I 1 | ) 2 для каждого пиксела матриц изображений, построение матрицы "развернутой" фазы 2φ и в диапазоне главных значений -180°…180° определение знака комплексного вектора Ie-iφu в каждом пикселе матрицы, формирование изображения по воде как полусуммы абсолютного значения изображения в фазе и изображения в противофазе, умноженного на знак Ie-iφu, изображения жира как полуразности абсолютного значения изображения в фазе и изображения в противофазе, умноженного на знак Ie-iφu, при этом оценивают усредненные градиенты изменения фазы полученных изображений жира и воды по формулам: GF=(|I1|-|I2|)2/NF при Ie-iφu<0 GW=(|I1|-|I2|)2/NW при Ie-iφu<0, сравнивают значения GF и GW и, в случае, если GF<GW, пиксели изображений жира и воды обменивают местами. Технический результат: повышение надежности правильной классификации изображений по воде и жиру. 7 ил.

Использование: для определения газохроматографичеких индексов удерживания соединений ряда О-алкилметилфторфосфонатов (ОАМФФ) по данным ЯМР 13С. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют построение корреляционных уравнений для известной выборки изомеров и последующее определение значения индексов удерживания неизвестных изомеров по установленной зависимости, при этом в качестве спектральной характеристики используется суммарное значение химических сдвигов ядер 13C атомов углерода, находящихся в разветвлении углеродного скелета О-алкильного радикала рассчитанных по спектрам ЯМР 13C. Технический результат: повышение достоверности и объективности определения газохроматографических индексов удерживания соединений ряда ОАМФФ. 2 ил., 5 табл.

Использование: для визуализации химических соединений. Сущность изобретения заключается в том, что собирают первые и вторые данные эхо-сигналов с разными временами появления эхо-сигнала, приводящими к первому и второму собранным комплексным наборам данных, моделируют первый и второй собранные наборы данных с использованием спектральной модели сигнала, по меньшей мере, одного из химических соединений, причем упомянутое моделирование приводит к первому и второму смоделированным комплексным наборам данных, причем упомянутые первый и второй смоделированные наборы данных содержат первую и вторую фазовые погрешности и раздельные наборы данных сигналов для двух химических соединений, определяют по первому и второму собранным наборам данных и первому и второму смоделированным наборам данных разделенные наборы данных сигналов для двух химических соединений. Технический результат: обеспечение возможности эффективного подавления сигнала от жира. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, травматологии и ортопедии и может быть использовано для диагностики контрактуры Дюпюитрена (КД) пальцев кисти. Методом МРТ со спектроскопией высокого разрешения в зоне интереса ладонного апоневроза кисти регистрируют время ядерной магнитной релаксации Т2 * на ядрах водорода изотропной составляющей сигнала СН2 группы липидов. Полученное значение коэффициента величины Т2 * подставляют в уравнение дискриминантного анализа: КД=-3,37+0,24·Т2 *. Ставят диагноз КД, если значение уравнения <0,313. Если значение уравнения ≥0,313, диагноз КД отвергают. Способ обеспечивает неинвазивную, в течение часа, верификацию диагноза КД на доклинической стадии, в отсутствие визуализируемых признаков контрактуры. 1 ил., 3 пр.

Использование: для обработки импульсных сигналов на основе ядерного спинового эха. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают ядерное спиновое эхо в магнитоупорядоченном рабочем веществе радиочастотными информационными и управляющими импульсами, при этом к рабочему веществу прикладывают импульсное магнитное поле, действующее на протяжении интервала времени, в течение которого на вещество поступают возбуждающие радиочастотные импульсы и возникают отклики рабочего вещества в виде полезных эхо-сигналов, при этом амплитуду импульсного магнитного поля задают из условия смещения доменных границ, при котором происходит подавление паразитных откликов. Технический результат: повышение степени подавления паразитных откликов с целью увеличения объема информации, обрабатываемой в единицу времени. 6 ил.

Использование: для осуществления динамической контрастной улучшенной магнитно-резонансной визуализации объекта. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит получение наборов данных магнитного резонанса в k-пространстве с использованием сбора Диксона в пространстве кодирования химического сдвига и динамического временного разрешения в динамическом временном пространстве, причем сбор набора данных осуществляют с использованием субдискретизации, причем способ дополнительно содержит применение способа реконструкции сжатого измерения в k-пространстве, пространстве кодирования химического сдвига и динамическом временном пространстве, указанная реконструкция сжатого измерения дает в результате реконструированные наборы данных, осуществление реконструкции Диксона в отношении реконструированных наборов данных и анализ динамического контраста в отношении реконструированных наборов данных Диксона. Технический результат: обеспечение возможности динамической контрастной улучшенной магнитно-резонансной визуализации объекта. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к анализам количественного определения содержания изотопа дейтерия в жидкостях различной природы с использованием методов ядерного магнитного резонанса. Воздействие на исследуемую пробу производят электромагнитным излучением радиочастотного диапазона в постоянном магнитном поле спектрометра ядерного магнитного резонанса для чего исследуемое вещество помещают в ампулу, затем в эту ампулу вставляют эталонный образец, представляющий собой запаянную ампулу меньшего диаметра, содержащую водный раствор лантаноидного сдвигающего реагента и воды с известным содержанием дейтерия, после чего эту систему ампул опускают в спектрометр ядерного магнитного резонанса и регистрируют спектр на ядрах дейтерия, в котором наблюдают разнесенные по частоте резонанса пики исследуемого и эталонного образцов, затем измеряют интегральную интенсивность каждого пика, сопоставляют их значения и методом пропорции определяют концентрацию дейтерия в исследуемом образце. В качестве лантаноидного сдвигающего реагента используют трифторметансульфонат европия(III) ((Eu(CF3SO3)3), который способен индуцировать парамагнитный химический сдвиг сигнала ядерного магнитного резонанса. Достигается повышение точности и чувствительности, а также упрощение и ускорение анализа. 1 пр., 1 ил.

Использование: для измерения содержания воды на основе ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что подвергают образец действию магнитного поля постоянного тока, образец под действием магнитного поля постоянного тока подвергают действию последовательности импульсов возбуждения на радиочастоте с интервалом между импульсами для возбуждения ядер водорода, и измеряют ЯМР-сигнал возбужденных ядер водорода, при этом оценивают время спин-решеточной релаксации для каждого образца на основе отклика на последовательность импульсов возбуждения, и регулируют интервал между импульсами как минимальный при поддержании интервала между импульсами, превышающим оцененное время спин-решеточной релаксации. Технический результат: обеспечение возможности оптимизации частоты повторения импульсов для различных уровней влажности образца. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для измерения содержания воды в твердых веществах и суспензиях посредством ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит средство для создания постоянного магнитного поля, емкость для вмещения образца в пределах упомянутого постоянного магнитного поля, средство для возбуждения измеряемой радиочастотной намагниченности в образце, помещенном в упомянутую емкость для вмещения образца, при рабочей частоте, определяемой упомянутым постоянным магнитным полем, средство для измерения радиочастотного сигнала, производимого возбужденным образцом, и средство для определения содержания воды в образце на основании радиочастотного сигнала. Согласно настоящему изобретению емкость для вмещения образца способна вмещать образец, у которого объем составляет, по меньшей мере, 0,5 дм3, и средство для создания постоянного магнитного поля содержит резистивный электромагнит, который выполнен с возможностью создавать постоянное магнитное поле, соответствующее рабочей частоте от 400 до 2000 кГц. Технический результат: обеспечение возможности измерения сильно связанной воды в образцах сухой массы, имеющих большой объем, при низкой ларморовской частоте. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
Наверх