CN103383399A - 一种用于激光探测nmr信号装置的气动进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光探测核磁共振（NMR）信号装置的气动进样装置，涉及气动传送领域。该气动进样装置由控制系统（a）和样品滑动仓（b）组成，样品滑动仓（b）由样品管（12）、外气缸（13）、内气缸（14）、侧气口（15）和顶气口（16）组成。本发明用于一种基于激光原子磁力计的NMR装置中，实现样品在预极化区和探测区来回传送。本发明的优点是样品在信号探测过程中无损耗、无污染，样品更换方便，所需样品量少，传送速度快，稳定性好，且引入的噪声与现有技术相比明显减小。

Description

一种用于激光探测NMR信号装置的气动进样装置

技术领域

本发明涉及气动传送领域，应用于激光探测NMR信号装置中，也可用于其它需要样品来回传送进行检测的设备和仪器中。

背景技术

现有的一种基于激光原子磁力计的NMR装置（专利申请号：201210291150.3），其需要对被测样品进行预极化、并将预极化后的样品快速的放置到靠近铯原子蒸气泡的探测区。在NMR装置中样品离开预极化区后极化度会快速的弛豫（时间一般为0.1-10s），造成极化度损失，所以需要一个进样装置能快速的将样品由预极化区传送到探测区，尽可能的减少极化度损失。

现有的一种基于激光原子磁力计的NMR装置中，样品的NMR信号是在超低磁场（0.1-1 nT）或零磁场的环境下进行探测的，样品需要进行预极化处理，通过永磁体热极化）的方法预极化，样品才能获得较高的极化度。在磁场预极化方法里，因为信号大小和样品的极化度是呈正比的，所以在激光探测NMR信号装置中使用一定强度的预极化磁场（通常大于1 T）是必要的。然而，这样一个预极化磁场对于探测区的超低磁场环境是破坏性的，它会直接增强探测区的磁场，也会间接的通过磁化磁屏蔽材料从而破坏探测区的超低磁场环境，所以在激光探测NMR信号装置中需要将预极化区和探测区在空间上隔离开。

在液体高场NMR谱仪中，样品的极化和信号的探测是在同一区域完成，所以样品管只需被放置于探头上，随探头一起推送到探测区域固定即可。固体高场NMR谱仪中利用一个气动换样装置完成装载样品的转子的装卸（美国专利号：US8212559），装载样品的转子被气流由探头底部通过传送管道吹送到定子上，转子取出时只需要将气流反向即可吹出。在这里极化区和探测区在空间上并没有隔离开，因此对转子的传送速度并没有要求，只要能将转子平稳准确的吹送到定子上。然而在激光原子磁力计的NMR装置中样品的传送不仅要平稳，更重要的是要做到非常的快速（~0.1 s），尽可能的减少极化度在传送过程中的损失。

激光探测NMR信号装置的采样过程中，样品首先在预极化区进行充分的极化，然后快速的传送到探测区进行信号采集。样品的极化度弛豫时间一般很短，一般只有几秒，因此传送过程要求非常快（~0.1 s），以减少样品极化度的损失、达到实现样品信号的有效探测目的。因此在激光探测NMR信号装置中需要配置一个快速而稳定的样品传送装置，它是影响被测样品NMR信号灵敏度的核心部件之一。

激光探测NMR信号装置的样品传送问题有多种解决方案，如M. P. Ledbetter等人在专利“Detection of J-Coupling Using Atomic Magnetometer”（美国专利号：US20120176130）的装置中，使用注射泵进行注射和回吸的方式进行样品传送；D.Budker等人在“Atomic magnetic gradiometer for room temperature high sensitivity magnetic field detection”（美国专利号：US7573264）中，使用蠕动泵抽运方式使样品在不同作用区域循环流动，这两种方法都可以实现较快（完成进样需1-2秒）而稳定的样品传送。然而，（1）它们都需要较长的塑料导管来连接预极化区、编码区与探测区，其对样品的量有一个最低要求（>1毫升）并会造成一些浪费（需要多出一些样品来填充导管，即：“死”体积），使得无法适用于样品量很少的情况；并且，（2）在测试完一种样品后，更换样品和清洗传送管道是一件很繁琐的事情，易造成样品污染。

本发明是针对一种基于激光原子磁力计的NMR装置中样品传送问题，提出一种气动进样装置。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于激光探测NMR信号装置的气动进样装置，该气动进样装置由控制系统和样品滑动仓组成，优点是样品在信号探测过程中无损耗、无污染，样品更换方便，所需样品量少，传送速度快，稳定性好，且引入的噪声与现有技术相比明显减小。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种用于激光探测NMR信号装置的气动进样装置，该气动进样装置由控制系统和样品滑动仓组成；

控制系统由空气压缩机，三个节流阀，两个电磁阀，两个气瓶，两个继电器和计算机组成；空气压缩机通过气管与调节总气流大小的第一节流阀的一端连通，第一节流阀的另一端通过气管分别与用于切换气流方向的第一电磁阀和第二电磁阀的进气口连通，第一电磁阀的开关与用于切换第一电磁阀状态的第一继电器连接，用于切换气流方向的第二电磁阀的开关与用于切换第二电磁阀状态的第二继电器连接，第一继电器和第二继电器分别与用于向第一继电器和第二继电器发出控制信号的计算机连接；第一电磁阀的双向口通过气管与作为气体缓冲的第一气瓶的一端连通，第一气瓶的另一端通过气管与用于调节进出样品滑动仓气流大小的第二节流阀的一端连通；第二电磁阀的双向口通过气管与作为气体缓冲的第二气瓶的一端连通，第二气瓶的另一端通过气管与用于调节进出样品滑动仓气流大小的第三节流阀的一端连通；

样品滑动仓由样品管、外气缸、内气缸、侧气口和顶气口组成；外气缸为密封圆柱筒，在顶部的侧面开有侧气口，内气缸为两端开放的圆柱筒，固定在外气缸中，在内气缸和外气缸之间留有空隙，内气缸底部与外气缸底部之间留有空隙，使得内气缸与外气缸相通，内气缸的顶部为顶气口，顶气口与外部相通；样品管为可以开闭的密封圆柱筒，样品管的外径略小于内气缸的内径，使得样品管可以在内气缸中滑动，且不会倾倒，样品管放置在内气缸中；

控制系统中第二节流阀的另一端通过气管与样品滑动仓中的顶气口连通，控制系统中第三节流阀的另一端通过气管与样品滑动仓中的侧气口连通。

本发明的优点是：

1、由于样品密封于样品管中，所以样品在信号探测过程中是无损耗、无污染，可以保证每次样品都是等质等量的。

2、由于采用气流驱动，气流本身具有缓冲作用，因此，引入的噪声比现有技术明显减小。

3、由于更换样品时只需更换装有不同样品的样品管即可，使得样品更换变得简单便捷。

4、所需样品量少，传送速度快，使得样品极化度损失少，检测灵敏度高，稳定性好。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为样品滑动仓的结构示意图；

图中：1-空气压缩机；2-第一节流阀；3-第一电磁阀；4-第二电磁阀；5-第一气瓶；6-第二气瓶；7-第二节流阀；8-第三节流阀；9-第一继电器；10-第二继电器；11-计算机；12-样品管；13-外气缸；14-内气缸； 15-侧气口；16-顶气口；a-控制系统；b-样品滑动仓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

一种用于激光探测NMR信号装置的气动进样装置，该气动进样装置由控制系统a和样品滑动仓b组成；

控制系统a由空气压缩机1，三个节流阀2、7、8，两个电磁阀3、4，两个气瓶5、6，两个继电器9、10和计算机11组成；空气压缩机1通过气管与第一节流阀2的一端连通，第一节流阀2的另一端通过气管分别与第一电磁阀3和第二电磁阀4的进气口连通，第一电磁阀3的开关与第一继电器9连接，第二电磁阀4的开关与第二继电器10连接，第一继电器9和第二继电器10分别与计算机11连接；第一电磁阀3的双向口通过气管与第一气瓶5的一端连通，第一气瓶5的另一端通过气管与第二节流阀7的一端连通；第二电磁阀4的双向口通过气管与第二气瓶6的一端连通，第二气瓶6的另一端通过气管与第三节流阀8的一端连通；

第一电磁阀3和第二电磁阀4均包括进气口，出气口，双向口共三个气口，进气口与双向口连通和出气口与双向口连通分别对应电磁阀的两个状态，由第一继电器9、第二继电器10分别控制其状态的切换。出气口与大气相通，用于排出气体；

样品滑动仓b由样品管12、外气缸13、内气缸14、侧气口15和顶气口16组成；外气缸13为密封圆柱筒，在顶部的侧面开有侧气口15，内气缸14为两端开放的圆柱筒，固定在外气缸13中，在内气缸14和外气缸13之间留有空隙，内气缸14底部与外气缸13底部之间留有空隙，使得两者相通，内气缸14的顶部为顶气口16，顶气口16与外部相通；样品管12为可以开闭的密封圆柱筒，样品管12的外径略小于内气缸14的内径，使得样品管12可以在内气缸14中滑动，且不会倾倒，样品管12放置在内气缸14中；

控制系统a中第二节流阀7的另一端通过气管与样品滑动仓b中的顶气口16连通，控制系统a中第三节流阀8的另一端通过气管与样品滑动仓b中的侧气口15连通。

本发明的工作原理是：空气压缩机1产生的压缩气体首先由气管通到第一节流阀2，由第一节流阀2来控制总气流的大小。压缩气体从第一节流阀2出来分成两路分别通入到第一电磁阀3和第二电磁阀4，第一电磁阀3和第二电磁阀4的状态的切换分别由第一继电器9和第二继电器10控制，第一继电器9和第二继电器10的开关由计算机12控制，以上的控制都是电信号控制。第一电磁阀3和第二电磁阀4再分别和第一气瓶5和第二气瓶6连通，第一气瓶5和第二气瓶6后面分别接上第二节流阀7和第三节流阀8，从第二节流阀7和第三节流阀8出来的压缩气体分别从顶气口16和侧气口15进入到样品滑动仓b。

样品管12在样品滑动仓b内上升时气体流经各部件的顺序为：空气压缩机1、第一节流阀2、第二电磁阀4、第二气瓶6、第三节流阀8、侧气口15、外气缸13、内气缸14、顶气口16、第二节流阀7、第一气瓶5、第一电磁阀3，最后压缩气体从第一电磁阀3的出气口通入大气中。

样品管12在样品滑动仓b内下降时气体流经各部件的顺序为：空气压缩机1、第一节流阀2、第一电磁阀3、第一气瓶5、第二节流阀7、顶气口16、内气缸14、外气缸13、侧气口15、第三节流阀8、第二气瓶6、第二电磁阀4，最后压缩气体从第二电磁阀4的出气口通入大气中。

第一气瓶5和第二气瓶6分别连接在第一电磁阀3和第二电磁阀4后面，主要起到一个缓冲气流的作用。第二节流阀7和第三节流阀8通过调节气流大小，可分别控制样品管12在样品滑动仓b内的下降和上升速度。

本发明的采样流程为：

1、样品的放入：将待测样品装入样品管12并密封，取下顶气口16处的气管，然后从顶气口16将样品管12放入到内气缸14中，再接上顶气口16，样品放入完毕。

2、计算机12发出指令到第一继电器9和第二继电器10切换两电磁阀的状态，使第一电磁阀3的进气口与双向口连通，第二电磁阀4的出气口与双向口连通，压缩气体从侧气口15通入，经外气缸13底部通入内气缸14底部，吹动样品管12至内气缸14顶部并停留一段时间进行预极化处理。通过调节第三节流阀8来控制气流大小，使样品管12达到一个合适的上升速度。

3、计算机12发出指令到第一继电器9和第二继电器10切换两电磁阀的状态，使第一电磁阀3的出气口与双向口连通，第二电磁阀4的进气口与双向口连通，压缩气体从顶气口16通入，吹动样品管12至内气缸14底部。

4、计算机12发出指令到第一继电器9和第二继电器10切换两电磁阀的状态，使两电磁阀均为出气口与双向口连通，侧气口15和顶气口16均无压缩气体通入，样品管停留于内气缸14底部进行信号采集。气流关闭主要是为了避免气流对采样带来干扰。

5、样品管12的取出步骤：先取下顶气口16处的气管，再从侧气口15通入少量（避免气流太大，样品管12过快冲出而损坏）压缩气体，将样品管12吹至顶气口16处即可取出样品管12。

Claims (1)

1.一种用于激光探测NMR信号装置的气动进样装置，其特征在于，该气动进样装置由控制系统（a）和样品滑动仓（b）组成；

控制系统（a）由空气压缩机（1），三个节流阀（2、7、8），两个电磁阀（3、4），两个气瓶（5、6），两个继电器（9、10）和计算机（11）组成；空气压缩机（1）通过气管与第一节流阀（2）的一端连通，第一节流阀（2）的另一端通过气管分别与第一电磁阀（3）和第二电磁阀（4）的进气口连通，第一电磁阀（3）的开关与第一继电器（9）连接，第二电磁阀（4）的开关与第二继电器（10）连接，第一继电器（9）和第二继电器（10）分别与计算机（11）连接；第一电磁阀（3）的双向口通过气管与第一气瓶（5）的一端连通，第一气瓶（5）的另一端通过气管与第二节流阀（7）的一端连通；第二电磁阀（4）的双向口通过气管与第二气瓶（6）的一端连通，第二气瓶（6）的另一端通过气管与第三节流阀（8）的一端连通；

样品滑动仓（b）由样品管（12）、外气缸（13）、内气缸（14）、侧气口（15）和顶气口（16）组成；外气缸（13）为密封圆柱筒，在顶部的侧面开有侧气口（15），内气缸（14）为两端开放的圆柱筒，固定在外气缸（13）中，在内气缸（14）和外气缸（13）之间留有空隙，内气缸（14）底部与外气缸（13）底部之间留有空隙，使得内气缸（14）与外气缸（13）相通，内气缸（14）的顶部为顶气口（16），顶气口（16）与外部相通；样品管（12）为可以开闭的密封圆柱筒，样品管（12）的外径略小于内气缸（14）的内径，使得样品管（12）可以在内气缸（14）中滑动，且不会倾倒，样品管（12）放置在内气缸（14）中；

控制系统（a）中第二节流阀（7）的另一端通过气管与样品滑动仓（b）中的顶气口（16）连通，控制系统（a）中第三节流阀（8）的另一端通过气管与样品滑动仓（b）中的侧气口（15）连通。

Images