新型便携式高分辨率核磁共振波谱仪关键技术研究

Portable NMR spectrometers have proved a significant tool in the fast on-site testing, and exploited its promising applications in various fields. Owing to the limit on magnet stability, detecting area, and homogeneity of magnetic fields, low spectral resolution remains in the prortable NMR spectrometer applications. To overcome influences from magnet instability and field inhomogeneities on permanent magnets, researchers has done numerous works on enhancing the performance of portable NMR spectrometers on spatial resolution, signal sensitibity, and convenient operation. These studies are the latest frontier and hot issues for portable NMR spectrometer, which are actively exploring. In this project, we will carry out research works as following. (1) High-resolution spectroscopy in inhomogeneous fields for protable NMR spectrometers based on new NMR pulse sequence designs. (2) NMR Probe technology with both RF transceivering and field shimming functions, aimming for improvement on magnetic field inhomogeneities. (3) New designs on field frequency lock for magnetic temperature drift compensation, and improving the magnet instability based on signal processing manners. (4) Design and optimization on high temperature superconducting probes for signal enhancements.

便携式核磁共振（NMR）波谱仪在快速现场检测方面具有巨大的优势和广阔的应用前景。受磁体稳定性、均匀性及有限空间的制约，便携式NMR波谱仪获取的NMR信号分辨率不高。如何克服永磁体温漂产生的不稳定性和永磁体本身均匀性较低产生的影响，在有限样品空间中获取高分辨NMR信号,如何提供便捷灵活的现场检测，如何在获取高分辨信号的同时提高灵敏度，是便携式NMR领域最新前沿和热点问题之一。本课题拟开展如下研究：(1)运用NMR理论设计新脉冲序列的基础上，从NMR谱学方法方面开展便捷式NMR系统不均匀场高分辨研究；(2)研究兼具匀场功能的射频收发谱仪探头技术，从技术方面改善有限样品空间的不均匀场性；(3)研究新型场频联锁技术补充磁体温漂，从信号处理方法上改善磁体不稳定性产生的影响；(4)利用优化设计和高温超导探头技术等方法，提高灵敏度。

小型化便携式核磁共振波谱仪能够提供快速、实时、便携的现场检测，在食品安全、工业质检、卫生防疫和安全检查等领域的应用一直被广泛期待，也是目前国内外一直持续关注的研究热点之一。本课题通过不均匀场下高分辨快速二维核磁共振检测和多量子相干机理、方法和实验，研究了便携式NMR波谱仪在不均匀场条件下获得高分辨率谱的新方法，利用GASA算法对Ｃ型永磁体中不规则多线圈B0匀场进行了仿真与分析，研究了永磁体中兼具匀场功能的射频收发线圈的多线圈匀场机理和方法，研究了永磁体新型场频联锁技术，采用新方法优化匀场线圈和射频线圈，提高了检测灵敏度，同时研究了微流控NMR和3D打印NMR探头技术，升级了自主研制的小型化核磁共振波谱仪控制台和软件系统，为新方法新技术的研究建立了实验平台，进行了新方法新技术的电化学-核磁共振应用研究。研究进度按照理论、平台、关键技术研究、新技术探索和应用相结合的形式，各阶段相互融合、互通、交叉进行。项目组严格按照各项规章制度，合理使用了经费，积极寻找了其他配套经费的支持，项目剩余经费约24.3万，剩余经费计划用于本项目的后续研究。发表了5篇SCI论文（其中，JCR一区1篇，JCR二区2篇，JCR三区和四区各1篇），申报了10项中国发明专利（其中，获批3项，公开6项，获申请号1项），获批了2项软件著作权。培养了3名博士研究生和7名硕士研究生。达到了申报书的预期目标和要求。