一种核磁共振原位检测加气样品池

技术领域

本发明涉及核磁共振检测设备领域，具体涉及一种核磁共振原位检测加气样品池。

背景技术

原位核磁共振波谱检测能够观测反应中间态和中间产物，甚至能够获得常规实验无法检测到的信号，因此近年来已成为研究和应用热点之一，与之相关的新技术不断涌现，例如原位加气的仲氢超极化核磁共振检测，原位电极反应的电化学-核磁共振联用检测。原位检测样品区引入的额外装置会对静磁场均匀性造成较大的影响，即使通过匀场也无法较好的改善，从而造成核磁共振信号的质量明显下降。特别是加气原位检测时，通常采用单管气针形式，为了保证足够的气量和反应接触面，单管气针的孔径较大，这使得气泡磁化率差异、气泡不均匀分布以及气泡运动等因素对静磁场均匀性和采样一致性产生了相当严重的干扰。另一方面，一些核磁共振原位加气检测条件和环境要求苛刻，需要面临高压、高温、无氧、安全性、样品腐蚀性等问题，这对加气装置的材料和结构特征提出严格的高要求。以仲氢超极化核磁共振检测为例，所加气体是氢气，通常加氢压力为3～8个大气压，样品区温度通常达到50～70摄氏度，整个加氢管路需要保持无氧。因此减小和克服上述影响/提高信号质量一直是加气原位核磁共振检测的实验装置所需解决的重要问题。

现有技术报道了一些采用聚丙烯中空纤维膜丝作为加气气针、加气样品池的方案。但这些方案在原位加气核磁共振波谱检测时，会有一些不足：首先，聚丙烯中空纤维膜丝较柔，通入较高压力气体后，排气过程中会造成膜丝摆动，这对静磁场均匀性和采样产生较大影响；其次，聚丙烯中空纤维膜丝整条布满微孔，没有浸入样品段消耗了大量气体；第三，聚丙烯中空纤维膜丝的材质和结构也造成了抗腐蚀性弱和换样清洗困难，大量的中空纤维膜丝占据了样品空间，在小管径样品管时，有可能导致样品量不足。

因此，现有技术中的单管气针和聚丙烯中空纤维膜丝及结构均无法实现稳定安全的原位加气核磁共振高效检测，特别是对易燃易爆气体和无氧高压高温条件的检测，加气反应效率受到极大影响，从而直接影响到信号质量，同时安全可靠性也较差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种核磁共振原位检测加气样品池，能够在原位加气核磁共振检测中提高加气稳定性和减少对静磁场均匀性的干扰，同时能够保持加气反应接触面，从而获得提高原位反应效率和信号灵敏度，并满足安全可靠要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种核磁共振原位检测加气样品池，包括进气管、变径三通、排气管、外套、样品管转接头、进气转接头、气针转接头、固定护套、稳定套、若干条气针、以及样品管；

所述外套、所述样品管转接头和所述样品管装接在一起；所述进气转接头和所述气针转接头装接在一起并位于所述外套和所述样品管转接头内；所述固定护套装接在所述气针转接头；所述气针为毛细管状，所述气针的部分侧壁设有若干微孔；所述气针固定在所述气针转接头、所述固定护套和所述稳定套；所述气针的微孔位于所述样品管内；所述进气管和所述排气管内外套接地装接在所述变径三通；所述排气管与所述外套相装接，所述进气管与所述进气转接头相装接；

所述进气管、所述进气转接头、所述气针转接头和所述气针相互配合，形成连通外部和所述样品管的进气通路；所述气针转接头与所述样品管转接头之间的空隙、所述外套、所述进气转接头、所述进气管与所述排气管之间的空隙与所述变径三通相互配合，形成连通所述样品管和外部的排气通路。

在一较佳的实施例中，所述气针转接头设有与所述气针数量相等的若干通孔，所述气针穿过所述气针转接头的通孔以固接在所述气针转接头。

在一较佳的实施例中，所述气针转接头设有固定护套定位柱，所述固定护套套接在所述固定护套定位柱。

在一较佳的实施例中，所述固定护套设有与所述气针数量相等的若干通孔，所述气针穿过所述固定护套的通孔以固接在所述固定护套。

在一较佳的实施例中，所述稳定套设有与所述气针数量相等的若干通孔，所述气针穿过所述稳定套的通孔以固接在所述稳定套。

在一较佳的实施例中，所述气针转接头与所述样品管转接头通过台阶结构配合装接；所述气针转接头外壁设有若干排气凹槽和排气切口；所述气针转接头的排气凹槽和排气切口使得所述气针转接头与所述样品管转接头之间形成有空隙。

在一较佳的实施例中，所述进气通路嵌套在所述排气通路里，构成同轴内外管路结构。

在一较佳的实施例中，所述气针采用聚四氟乙烯材质。

在一较佳的实施例中，所述固定护套和所述稳定套采用聚四氟乙烯材质；所述气针转接头、所述进气转接头、所述样品管转接头和所述外套采用无磁性金属材料；所述进气管和所述排气管采用聚氨酯材料；所述变径三通采用无磁性金属材料。

在一较佳的实施例中，所述样品管采用压力核磁管。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1、本发明所采用的加气气针的微孔置于气针底部样品区部分的侧壁四周，减少了气体浪费。

2、本发明装配的稳定套，设有和气针数量相等的通孔，气针底部穿过通孔，并在端部通过高温粘连在一起，这一特征极大增加了加气过程中气针的稳定性。

3、本发明气针转接头内部设有凹槽，凹槽底部设有和气针数量相等的通孔。凹槽和通孔能够增加气针的连接程度，防止脱离。

4、本发明样品管转接头内部和气针转接头外部均设有台阶结构，相互嵌套。气针转接头外壁设有排气凹槽和排气切口，形成排气通路的一部分。

5、本发明进气通路嵌套在排气通路里，构成同轴内外管路结构。

6、本发明加气气针毛细管采用聚四氟乙烯材质，增加了抗腐蚀性，使得具有广泛的样品适用性。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的整体结构剖面示意图。

图3是本发明实施例的进气管示意图。

图4是本发明实施例的变径三通示意图，左图和右图为不同视角。

图5是本发明实施例的排气管示意图。

图6是本发明实施例的外套示意图。

图7是本发明实施例的样品管转接头示意图。

图8是本发明实施例的进气转接头示意图。

图9是本发明实施例的气针转接头示意图。

图10是本发明实施例的固定护套(左)及稳定套(右)示意图。

图11是本发明实施例的气针示意图。

图12是本发明实施例的气针下段放大示意图。

图13是本发明实施例的样品管示意图。

其中：进气管1a，进气孔1b，变径三通2a，第一通孔2b，第二通孔2c，第三通孔2d，排气管3a，排气口3b，外套4a，第四通孔4b，第五通孔4c，第一螺纹4d，样品管转接头5a，第二螺纹5b，第一台阶5c，第六通孔5d，第五螺纹5e，进气转接头6a，第二台阶6b，第一排气凹槽6c，第七通孔6d，第三螺纹6e，气针转接头7a，第四螺纹7b，气针转接头内凹槽7c，第八通孔7d，固定护套定位柱7e，第二排气凹槽7f，排气切口7g，固定护套8a，第九通孔8b，第十通孔8c，稳定套9a，第十一通孔9b，气针10a，微孔10b，样品管11a，第六螺纹11b。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横”、“竖”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图中的立体图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请查阅图1和图2，为本实施例的一种核磁共振原位检测加气样品池，包括进气管1a、变径三通2a、排气管3a、外套4a、样品管转接头5a、进气转接头6a、气针转接头7a、固定护套8a、稳定套9a、若干条加气用气针10a、以及样品管11a。

请查阅图3，进气管1a采用聚氨酯材料，呈细长的中空管状，其上端设有进气孔1b；

请查阅图4，变径三通2a采用无磁性金属材料，其设有相互贯通的第一通孔2b、第二通孔2c和第三通孔2d；第一通孔2b和第二通孔2c排列在同一直线方向上，第一通孔2b的轴线和第二通孔2c的轴线相平行或重合；第三通孔2d在变径三通2a的侧面，第三通孔2d的轴线垂直于第一通孔2b、第二通孔2c的轴线；第二通孔2c的孔径小于第一通孔2b的孔径，第二通孔2c与进气管1a相适配，第一通孔2b与排气管3a相适配；

请查阅图5，排气管3a采用聚氨酯材料，呈中空管状，其上端设有排气口3b；排气管3a的内径大于进气管1a的外径，进气管1a与排气管3a能够内外套接，且排气管3a的内壁与进气管1a的外壁之间还可有空隙；进气管1a的长度大于排气管3a的长度；

请查阅图6，外套4a采用无磁性金属材料，大致呈上端部分封闭的管状，该部分封闭的上端设有上下布置且相互贯通的第四通孔4b和第五通孔4c，第四通孔4b的孔径大于第五通孔4c的孔径；排气管3a与第四通孔4b相适配，且排气管3a的外径大于第五通孔4c的孔径，排气管3a不能插入第五通孔4c；第五通孔4c的孔径大于进气管1a的外径，进气管1a可插入第五通孔4c；外套4a的开放的下端的内壁还设有第一螺纹4d；

请查阅图7，样品管转接头5a采用无磁性金属材料，其上端的外壁设有第二螺纹5b，外套4a和样品管转接头5a可通过第一螺纹4d与第二螺纹5b配合装接；样品管转接头5a的中部设有沿上下方向布置的第六通孔5d；样品管转接头5a在其上端与第六通孔5d的上端之间的内壁形成第一台阶5c，样品管转接头5a在其下端与第六通孔5d的下端之间的内壁设有第五螺纹5e；

请查阅图8，进气转接头6a采用无磁性金属材料，大致呈管状，设有沿上下方向布置的第七通孔6d；进气转接头6a在其上端与第七通孔6d的上端之间的内壁形成第二台阶6b，且进气转接头6a上端的管壁设有两个对称布置的缺口以形成两个第一排气凹槽6c；外套4a的第五通孔4c的内径与进气转接头6a上端的内径基本一致；进气管1a可插入进气转接头6a的上端，且进气管1a的外径大于第七通孔6d的孔径，进气管1a不能插入第七通孔6d；进气转接头6a下端的外壁还设有第三螺纹6e；

请查阅图9，气针转接头7a采用无磁性金属材料，其上半部分大致呈下端部分封闭的管状结构，气针转接头7a的上半部分的上端内壁设有第四螺纹7b，进气转接头6a和气针转接头7a可通过第三螺纹6e与第四螺纹7b配合装接；气针转接头7a的下半部分为细长柱状的固定护套定位柱7e，固定护套定位柱7e的外径小于第六通孔5d的内径，且固定护套定位柱7e的上端伸入气针转接头7a上半部分的管状结构内；气针转接头7a上半部分的内壁与固定护套定位柱7e的上端之间形成气针转接头内凹槽7c；气针转接头内凹槽7c的槽底、即气针转接头7a上半部分的下端的端壁设有若干第八通孔7d；气针转接头7a上半部分的下端的外端壁设有若干第二排气凹槽7f；气针转接头7a上半部分的外侧壁设有排气切口7g；

请查阅图10，固定护套8a采用聚四氟乙烯材质，大致呈圆柱形，其中央设有沿上下方向布置的第十通孔8c，且在第十通孔8c周围设有若干沿上下方向布置的第九通孔8b；固定护套8a可通过第十通孔8c套接在固定护套定位柱7e；

请查阅图10，稳定套9a采用聚四氟乙烯材质，大致呈圆柱形，设有若干沿上下方向布置的第十一通孔9b；稳定套9a的外径略小于样品管11a的内径；

请查阅图11和图12，气针10a采用聚四氟乙烯材质，为毛细管状，气针10a的下段侧壁均匀设有若干微孔10b；第八通孔7d、第九通孔8b、第十一通孔9b的数量都与气针10a的数量一致；气针10a可插接在气针转接头7a的第八通孔7d、固定护套8a的第九通孔8b、稳定套9a的第十一通孔9b；

请查阅图13，样品管11a采用顶部带螺纹的压力核磁管，其上端设有第六螺纹11b；样品管转接头5a和样品管11a可通过第五螺纹5e与第六螺纹11b配合装接；样品管11a为中空结构，样品管11a内可以容纳固定护套定位柱7e、气针10a、固定护套8a和稳定套9a。

请查阅图1和图2，本实施例的核磁共振原位检测加气样品池的各部件的组装关系如下：

外套4a和样品管转接头5a上下装接且二者内部形成腔体；样品管11a装接在样品管转接头5a下部，样品管转接头5a的第六通孔5d连通样品管11a内部；

进气转接头6a和气针转接头7a上下装接，进气转接头6a的第七通孔6d与气针转接头7a上半部分内腔连通；进气转接头6a和气针转接头7a装接在外套4a和样品管转接头5a内；外套4a的第五通孔4c与进气转接头6a设有第一排气凹槽6c的上端对应抵接连通；气针转接头7a的上半部分底部放置在样品管转接头5a的第一台阶5c，气针转接头7a的第二排气凹槽7f和排气切口7g使得气针转接头7a与样品管转接头5a、外套4a之间形成有连通的空隙，即外套4a的内腔可以通过排气切口7g、第二排气凹槽7f连通样品管转接头5a的第六通孔5d；

气针10a上段通过环氧胶粘接固定在气针转接头7a的气针转接头内凹槽7c处的第八通孔7d，气针10a与气针转接头7a上半部分内腔连通；固定护套8a通过第十通孔8c套接在气针转接头7a的固定护套定位柱7e，气针10a的中段通过固定护套8a的第九通孔8b得以固定；气针10a的下段通过稳定套9a的第十一通孔9b得以固定，并在端部通过高温粘连在一起；

气针转接头7a的固定护套定位柱7e和气针10a穿过样品管转接头5a的第六通孔5d插入样品管11a内，且固定护套定位柱7e与第六通孔5d之间形成有空隙；固定护套8a位于样品管11a内，稳定套9a位于样品管11a内，气针10a的微孔10b位于样品管11a内的样品区；

变径三通2a的第二通孔2c朝上、第一通孔2b朝下地布置；进气管1a上下布置地穿过第二通孔2c和第一通孔2b；排气管3a上端插接在变径三通2a的第一通孔2b，并利用胶水固定密封；进气管1a中部套接在排气管3a内，排气管3a的内壁与进气管1a的外壁之间形成有空隙，且排气管3a与进气管1a之间的空隙与变径三通2a内部及侧面的第三通孔2d连通；排气管3a的下端插接在外套4a的第四通孔4b并抵接在第四通孔4b与第五通孔4c的交界面；进气管1a的下段超出排气管3a下端后穿过第五通孔4c插入进气转接头6a上端并抵接在第二台阶6b，通过环氧胶实现进气管1a和进气转接头6a的密封连接，且使进气管1a与第七通孔6d连通；外套4a的第五通孔4c和进气管1a间形成有空隙。

本实施例的核磁共振原位检测加气样品池的进气通路和排气通路如下：

进气通路：进气管1a、进气转接头6a的第七通孔6d、气针转接头7a、气针10a相互连通，形成连通外部气体和样品管11a内样品的进气通路；

排气通路：气针转接头7a的固定护套定位柱7e与样品管转接头5a的第六通孔5d之间的空隙、第二排气凹槽7f、排气切口7g、外套4a内腔、进气转接头6a的第一排气凹槽6c、外套4a的第五通孔4c和进气管1a之间的空隙、进气管1a与排气管3a之间的空隙、排气口3b、变径三通2a相互连通，形成连通样品管11a和外部的排气管道的排气通路；

本实施例之中，进气通路嵌套在排气通路里，构成同轴内外管路结构。

本实施例的核磁共振原位检测加气样品池的工作流程如下：

进气过程：外部的气体从进气孔1b进入进气管1a，再从进气管1a进入进气转接头6a后从第七通孔6d进入气针转接头7a，气体从气针转接头7a进入气针10a后，从气针10a侧面的微孔10b流进样品管11a内的样品中。

排气过程：样品管11a内的气体经过气针转接头7a的固定护套定位柱7e与样品管转接头5a的第六通孔5d之间的空隙流出，并通过气针转接头7a的第二排气凹槽7f和排气切口7g进入外套4a的内腔，外套4a内部的气体经进气转接头6a的第一排气凹槽6c进入外套4a的第五通孔4c，经过第五通孔4c和进气管1a之间的空隙进入进气管1a与排气管3a之间的空隙，再通过进气管1a与排气管3a之间的空隙、排气口3b进入变径三通2a，经变径三通2a的第三通孔2d排出至外部的排气管道。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。