[发明专利]一种用于低场磁共振系统的定位进样装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及气动和真空方法传送、样品保温停车场车辆监控管理领域，具体涉及一种用于低场磁共振系统的定位进样装置，还涉及一种用于低场磁共振系统的定位进样方法，适用于基于原子磁力计方法进行磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）的定位进样，还可以扩展应用于流动气体和液体等核磁样品的检测。

背景技术

气动方法是用于NMR谱仪中输送核磁样品的通用传统方法。在传统高场NMR谱仪中，核磁样品的极化、信号的探测通常是在超导磁体内的同一区域中完成，核磁样品由气动传送到NMR谱仪的探测区域，或者由气动推出探测区域而更换和取出核磁样品。Martin Armbruster等人在专利“NMR-MAS probehead with integral transport conduit for an MAS-rotor”（美国专利号：US8212559）中，描述了传统高场NMR谱仪中利用一个气动传送换样装置完成核磁样品的装卸过程。装载了样品的核磁样品管通过传送管道内气流稳定地输送到NMR谱仪的探测区域。而样品卸载时，只需要将气流反向即可从探测区域里吹出核磁样品管。这里，极化区域和探测区域在空间上为同一区域，除特殊情况之外，这一区域通常为室温工作区域。因此，对传送的速度和核磁样品的保温并没有特殊的要求，只需要能将核磁样品平稳、准确地传送到探测区域即可。

与传统高场NMR谱仪方法不同，基于原子磁力计方法探测NMR是在超低磁场的环境下测量和研究核磁样品。因为NMR信号的大小与核磁样品的极化度呈正比，被测量的核磁样品需要通过一个磁场预极化区域进行热极化处理（也称预极化）。在基于原子磁力计方法探测NMR过程中，通常使用一个～Tesla量级磁场强度的永磁体来预极化核磁样品。由于永磁体的磁场会破坏核磁样品探测区域的零磁场环境，所以需要将预极化区域和探测区域在空间上隔离开，实现远程探测。在实验测量和研究中，核磁样品需要多次在预极化区域和探测区域之间传送，因此不仅要求平稳、快速（~0.1 s），尽可能地减少核磁样品的极化度在传送过程中损失，还要求核磁样品管的恒温，不受预极化区域和探测区域温度差的影响。

目前，已有多种解决基于原子磁力计方法探测NMR信号的装置中样品传送的方案，部分相关文章和专利的技术方案举例如下：

1）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，使用注射泵进行液体样品传送；

2）D. Budker等人在“Atomic magnetic gradiometer for room temperature high sensitivity magnetic field detection”（美国专利号：US7573264）中，使用蠕动泵传送液体核磁样品，液体核磁样品在不同作用区域做循环流动。

这两种方法完成进样需要1—2 s时间，能够实现较快、稳定的核磁样品传送。但是，（1）基于这两种方法的装置，都需要较长的传送管道连接预极化区域和探测区域。因此，实验中需要大量液体核磁样品来填充传输管道，液体核磁样品使用量大，不适用于少量液体核磁样品的情况；（2）不能做到定位进样，无法扩展到基于原子磁力计方法的MRI研究；（3）完成测试一种流动样品后，不能方便更换样品和清洗传送管道。

3）Valerio Biancalan等人在文章“A fast pneumatic sample-shuttle with attenuated shocks”（Review of Scientific Instrument，85, 036104（2014））中描述，在进样管和进样滑块上使用特殊开孔改变内部气流来减少核磁样品管在传送进样过程中的振动，但是，其不适用于高温工作环境，也无法扩展到基于原子磁力计方法的MRI研究。