利用核磁共振测量乙醇汽油溶液浓度

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1、第31卷第11期物理实验Vo1．31No．112011年11月PHYSICSEXPERIMENTAT10NNOV．，2011学利用核磁共振测量乙醇汽油溶液浓度生园牛法富，赵继飞，孟军华，周丽霞地(中国石油大学(华东)理学院，山东东营257061)摘要：利用核磁共振成像分析仪测量了不同汽油体积含量的乙醇汽油溶液的核磁共振信号，分析了横向弛豫时间、信号强度与汽油浓度的关系．结果表明乙醇汽油溶液中汽油的体积含量与信号强度呈线性关系，因此利用低磁场核磁共振可以测量乙醇汽油浓度．关键词：核磁共振；乙醇汽油；横向弛豫时间；信号强度中圈分类号：0482．532文献标识码：A文章编号：l0O5—

2、4642(2O11)11-0037—031引言2实验原理乙醇汽油是一种由乙醇和普通汽油按一定比原子核具有一定的磁矩，对于磁性核，当对例混配形成的新型替代能源，它在不影响汽车行其施加静磁场B。时，磁场会对该核产生力矩，使驶性能的前提下，可以有效改善油品的性能和质的旋转轴绕垂直于力矩的方向运动，这种现象量，降低车辆一氧化碳、碳氢化合物和有毒物等污称为进动，进动的频率称为拉莫尔频率，其大小为染物排放．同时，发展乙醇汽油对缓解石油资源厂：，(1)短缺，解决粮食过剩，调节农业结构，促进国民经7c济的发展都有重要的意义L1]．然而由于乙醇具式中y为旋磁比，代表核磁的强度，不同的原子有一定的腐

3、蚀作用，按照国家标准，车用乙醇汽油核，其y值不同，对于氢核y／27c：42．58MHz／T．只允许加入10土0．5(V／V)的燃料乙醇[4]．当在垂直于B。的磁场上加一旋转频率等于其拉乙醇的含量一旦超标将在很大程度上影响汽车零莫尔频率的旋转磁场B。时，除了绕B。进动外，部件的使用寿命以及发动机的性能，因此对乙醇也绕B进动，结果使得与B。的夹角变大．汽油中乙醇与汽油的配比进行严格的检测具有重与B。的相互作用能为要的研究意义与价值[5_6]．E一-pB0cos，(2)核磁共振技术(nuclearmagneticresonance，显然当0变大时，E增大，表示粒子从B。中获得NMR)是

4、研究物质结构的重要手段，由于它是一了能量，这就是核磁共振现象的理论解释[8]．种无损测量技术，可深人物质内部获取丰富的物由于共振吸收，系统处于非平衡态，系统由非质内部结构信息而不破坏物质本身，能够迅速、准平衡态过渡到平衡态的过程称为弛豫过程，按机确、高分辨地对样品物质进行诊断．在有机化学、理可分为“自旋一晶格弛豫”(spin-latticerelaxa-生物化学、药物化学和化学工业、石油工业、橡胶tion，也称纵向弛豫)和“自旋一自旋弛豫”(spin-工业、食品工业、医药工业等方面得到了广泛的应spinrelaxation，也称横向弛豫)两类，相应的弛豫用．时间分别用T和T表示．

5、弛豫时间是描述原子本文采用核磁共振的方法，通过测量不同体核与周围介质以及原子核之间相互作用的重要参积浓度下的乙醇汽油溶液，研究了乙醇汽油的核量，因此准确测量弛豫时间对研究物质有重要意磁共振横向弛豫时间以及共振信号强度随汽油浓义。。．度的变化规律．对于粒子体系，研究的对象是由大量单粒子收稿日期：201i-02—28；修改日期：2011-05-26资助项目：中国石油大学(华东)校级教改项目(No．JY—B201033)作者简介：牛法富(199O一)，男，山东济南人，中国石油大学(华东)理学院2008级本科生．指导教师：周丽霞(1979一)，女，山西朔州人，中国石油大学(华东)理学院副

6、教授，博士，研究方向为电子碰撞原子分子电离的实验和理论．38物理实验第31卷的元磁矩i组成的系统，实验测得的核磁共振信信号幅度．由图2可见，任一浓度下乙醇汽油溶号就是这些粒子元磁矩叠加的结果，其核磁共振液谱主要有2个峰，且2个峰之间有明显的界信号强度与所测样品内所含核的数目成正比[n]．限，这表明在乙醇汽油溶液中氢原子存在2种主要的结合状态．对比不同浓度下乙醇汽油溶液的3实验方法信号，第一个信号峰(100ms左右)中横向弛豫时3．1实验仪器间T随汽油浓度的升高呈减小的趋势，第二个实验仪器采用NMI20-Analyst核磁共振成信号峰(1000ms左右)中横向弛豫时间T随汽像分析仪

7、，该仪器为纽迈公司研发的一款用于科油浓度的升高不断增大．研的现代化核磁共振仪器，其主要由工控机、谱仪系统、模拟系统以及磁体系统等部分组成．其结构示意图如图1所示．{．1序列发生器广射频功放l＼墼墼／Il梯度线圈卜．LH频率源l射频I开关[=：：!iI梯度线圈卜T2／ms模数转换卜．一-

8、前置放大I／磁极＼图2不同浓度下乙醇汽油的丁2谱数模转换卜·-{梯度功放l实验测量的核磁共振信号主要是氢核产生的，由实验原理可知，T。谱中各信号峰的强度与图1核磁共振仪器示意图对应的乙醇汽油溶液中