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培训小结 | 低场核磁第36期培训:低场核磁在水泥基材料中的理论模型及应用(二)快速交换模型

纽迈分析
2023.10.25

   

大家好,我是今天的小编,清华大学李文郁。磁共振实验室与纽迈合作的低场核磁培训,今天迎来了第36期。本期由小编主讲,书接上文,低场核磁在水泥基材料中的理论模型及应用(二)——双组分快速交换模型详解。

主题:低场核磁在水泥基材料中的理论模型及应用(二)

关键词:弛豫,双组分快速交换模型

在本系列低场核磁在水泥基材料中的理论模型及应用第一期中,提到了低场核磁表征水泥基材料具有独特优势,且孔的大小与核磁测得的弛豫时间存在关联——孔越小,弛豫时间越短,弛豫速率越快。

为何存在这样的关联?如何通过弛豫时间定性或定量估算孔径?这就涉及到了理论模型,而其中最常用、最基础的,正是本期介绍的双组分快速交换模型。

(1)模型简介

文献或书籍中常见的双组分快速交换模型可以用一张图进行概括。公式中表面弛豫效率(surface relaxivity)与材料表面特性相关,可从文献寻找参考数值。

双组分快速交换模型存在多种假设,思考假设成立的条件,既有助于理解模型的限制或边界条件;又可跳出思维定势,帮助我们认知模型在其他材料中的推广和应用。

(2)限制与推广

尽管本期主要针对水泥基材料讲解,但快速交换模型的思路存在广泛的应用(尽管在不同材料、不同应用中,模型的称呼有所不同),例如可用于材料表面浸润性、表面亲和性评估,分散性/团聚现象的观测,悬浮液、胶体稳定性研究,表面吸附、竞争吸附现象分析,纳米粒子粒径估算、农业食品行业质量分析等。此时“双组分”不再局限于孔内水与孔壁水,而可以是溶剂水与颗粒表面吸附水等,而这正是低场核磁培训第六期《表界面 溶剂弛豫应用》专题的相关内容。此外,该模型也并不局限于两种组分,而是可以推广到多组分的体系。

本期精彩回顾

参考文献

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[2]    K.R. Brownstein, C.E. Tarr, Spin-lattice relaxation in a system governed by diffusion, Journal of Magnetic Resonance (1969). 26 (1977) 17–24. https://doi.org/10.1016/0022-2364(77)90230-X.

[3]    K.R. Brownstein, C.E. Tarr, Importance of classical diffusion in NMR studies of water in biological cells, Phys. Rev. A. 19 (1979) 2446–2453. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.19.2446.

[4]    M.H. Cohen, K.S. Mendelson, Nuclear magnetic relaxation and the internal geometry of sedimentary rocks, Journal of Applied Physics. 53 (1982) 1127–1135. https://doi.org/10.1063/1.330526.

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[6]    T. Cosgrove, S. Stebbing, M. Ackroyd, D. Fairhurst, K. Sanderson, S.W. Prescott, Using low-field NMR relaxation to optimise particulate dispersions, Powder Technology. 414 (2023) 118065. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118065.

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