RU2326369C2 - Method of concentration measurement - Google Patents
Method of concentration measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326369C2 RU2326369C2 RU2006123608/28A RU2006123608A RU2326369C2 RU 2326369 C2 RU2326369 C2 RU 2326369C2 RU 2006123608/28 A RU2006123608/28 A RU 2006123608/28A RU 2006123608 A RU2006123608 A RU 2006123608A RU 2326369 C2 RU2326369 C2 RU 2326369C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- components
- signal
- mixture
- magnetic field
- concentration
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 101100289792 Squirrel monkey polyomavirus large T gene Proteins 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам измерения концентрации путем неразрушающего контроля состава вещества на основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и предназначено для бесконтактного непрерывного измерения концентрации компонентов как в подвижных, так и в текущих дисперсных системах.The invention relates to methods for measuring concentration by non-destructive testing of the composition of a substance based on the phenomenon of nuclear magnetic resonance (NMR) and is intended for non-contact continuous measurement of the concentration of components in both mobile and current dispersed systems.
Известно, что амплитуда сигнала ЯМР компонента смеси пропорциональна количеству резонирующих ядер этого компонента, то есть пропорциональна его концентрации. Если интенсивный сигнал ЯМР дает только один компонент смеси, то амплитуда сигнала ЯМР смеси пропорциональна концентрации этого компонента. На этом основан способ определения влажности сыпучих веществ (Скрипко А.Л., Кудрявцев А.В., сб. Методы и приборы определения влажности. Фрунзе, ИЛИМ, 1971 г., с.52). Если несколько компонентов дают интенсивные сигналы ЯМР, но на разных частотах, то концентрации этих компонентов можно определять по отношению амплитуд или площадей их сигналов. Такой способ применяется в химии (Эмсли Д., Финей Д., Сатклиф Л. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения. М.: Мир, 1968 г., с.220). Если сигналы ЯМР компонентов наблюдаются на одной частоте, но имеют разную ширину, то в однородном постоянном магнитном поле получается сигнал с суммарной амплитудой А0 от обоих компонентов, а в поле, имеющем градиент, получается сигнал с амплитудой А, даваемый компонентом с широкой линией. При этом относительная концентрация компонента с большой шириной линии пропорциональна А/А0. Этот способ описан в А.С. №1303916, 1986 г., G01N 24/08, авторы Жерновой А.И., Махов В.А., Сапелкин Н.В., Серов Н.В., БИ №14, 15.04.87. Если компоненты дают сигналы ЯМР на одной частоте, одинаковой интенсивности, одинаковой ширины, но имеют разные времена продольной релаксации T1 (обозначим их для компонентов ТP), то их концентрации можно определять способом, предложенным в Пат. США №4556847, 1985 г., G01R 33/08, авт. Аспиотис Е. и др. В этом способе смесь помещают в магнитное поле, производят инверсию (переворот) ядерной намагниченности действием импульса резонансного переменного поля и измеряют зависимость ее амплитуды сигнала ЯМР А от времени t. При инверсии ядерной намагниченности сигналы ЯМР компонентов становятся отрицательными, а затем растут с их временами продольной релаксации ТP. Если преобладает компонент с меньшим ТP, то рост происходит быстрее, если преобладает компонент с большим ТP, то рост сигнала происходит медленнее. Для определения концентраций компонентов полученный для исследуемой смеси закон изменения А со временем t сравнивают с полученными заранее аналогичными зависимостями для эталонных смесей при той же температуре. Определяемая концентрация компонентов принимается равной концентрации в эталоне, для которого зависимость А от t аналогична полученной для исследуемой смеси. Указанный способ измерения концентрации является наиболее близким к заявляемому и принят в качестве прототипа.It is known that the amplitude of the NMR signal of the component of the mixture is proportional to the number of resonating nuclei of this component, that is, proportional to its concentration. If an intense NMR signal gives only one component of the mixture, then the amplitude of the NMR signal of the mixture is proportional to the concentration of this component. This is the basis for the method of determining the moisture content of bulk solids (Skripko A.L., Kudryavtsev A.V., Methods and instruments for determining moisture. Frunze, ILIM, 1971, p. 52). If several components give intense NMR signals, but at different frequencies, then the concentrations of these components can be determined by the ratio of the amplitudes or areas of their signals. This method is used in chemistry (Emsley D., Finey D., Sutcliff L. High resolution NMR spectroscopy. M: Mir, 1968, p. 220). If the NMR signals of the components are observed at the same frequency but have different widths, then in a uniform constant magnetic field a signal with a total amplitude A 0 of both components is obtained, and in a field with a gradient, a signal with amplitude A is obtained, given by a component with a wide line. In this case, the relative concentration of the component with a large line width is proportional to A / A 0 . This method is described in A.S. No. 1303916, 1986, G01N 24/08, authors Zhernova A.I., Makhov V.A., Sapelkin N.V., Serov N.V., BI No. 14, 04/15/08. If the components give NMR signals at the same frequency, the same intensity, the same width, but have different longitudinal relaxation times T 1 (we denote them for the components T P ), then their concentration can be determined by the method proposed in Pat. US No. 4556847, 1985, G01R 33/08, ed. Aspiotis E. et al. In this method, the mixture is placed in a magnetic field, the magnetization is inverted (flipped) by the action of a resonant alternating field pulse, and the dependence of its NMR signal amplitude A on time t is measured. Upon inversion of nuclear magnetization, the NMR signals of the components become negative, and then increase with their longitudinal relaxation times T P. If a component with a smaller T P prevails, then growth occurs faster, if a component with a large T P prevails, then the signal grows more slowly. To determine the concentrations of the components, the law of change A obtained for the mixture under study with time t is compared with previously obtained similar dependencies for reference mixtures at the same temperature. The determined concentration of the components is taken to be equal to the concentration in the standard for which the dependence of A on t is similar to that obtained for the test mixture. The specified method of measuring concentration is the closest to the claimed and adopted as a prototype.
Однако известный способ является недостаточно точным и достоверным, а также требует получения большого количества эталонных зависимостей, что усложняет измерение.However, the known method is not sufficiently accurate and reliable, and also requires a large number of reference dependencies, which complicates the measurement.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности и точности измерения концентрации, а также упрощение способа измерения.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability and accuracy of measuring concentration, as well as simplifying the measurement method.
Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения концентрации компонентов в дисперсной смеси, включающем воздействие на смесь постоянным магнитным полем, инверсию ядерной намагниченности резонансным переменным магнитным полем, измерение амплитуды сигнала ЯМР A(t) через время t после инверсии ядерной намагниченности, согласно изобретению измеряют два значения амплитуды сигнала: A(t1) при t=t1=TP1ln2 и A(t2) при t=t2=TP2ln2, а концентрации компонентов определяют по формуламThe problem is achieved in that in a method for measuring the concentration of components in a disperse mixture, including exposure to the mixture with a constant magnetic field, inversion of the nuclear magnetization by a resonant alternating magnetic field, measuring the amplitude of the NMR signal A (t) after time t after the inversion of the nuclear magnetization, according to the invention, two values of the signal amplitude: A (t 1 ) at t = t 1 = T P1 ln2 and A (t 2 ) at t = t 2 = T P2 ln2, and the concentrations of the components are determined by the formulas
где TP1, ТP2 - времена продольной релаксации ТP компонентов, A1, А2 - стационарные амплитуды сигнала чистых компонентов, A(t1), A(t2) - амплитуды сигнала смеси в моменты времени t, равные t1 и t2 соответственно.where T P1 , T P2 are the longitudinal relaxation times of T P components, A 1 , A 2 are stationary amplitudes of the signal of pure components, A (t 1 ), A (t 2 ) are the amplitudes of the mixture signal at time t equal to t 1 and t 2, respectively.
Заявляемый способ прост в осуществлении и является более точным и достоверным, так как в нем для определения концентраций компонентов достаточно знать их времена релаксации ТP и стационарные (без инверсии намагниченности) амплитуды при полном заполнении одним компонентом объема приемной катушки.The inventive method is simple to implement and is more accurate and reliable, since in it to determine the concentrations of the components it is enough to know their relaxation times T P and stationary (without magnetization inversion) amplitudes when the volume of the receiving coil is completely filled with one component.
Для применения предлагаемого способа сосуд или участок трубопровода, в котором находится исследуемая смесь с объемными концентрациями жидких компонентов, равными C1 и С2, на время, большее продольных времен релаксации компонентов, помещается в приемную катушку датчика сигнала ЯМР, расположенную в магнитном поле.To apply the proposed method, a vessel or section of the pipeline in which the test mixture with volume concentrations of liquid components equal to C 1 and C 2 is located for a time longer than the longitudinal relaxation times of the components is placed in the receiving coil of the NMR signal sensor located in a magnetic field.
В некоторый момент времени t=0 с помощью π - импульса производится инверсия ядерной намагниченности в приемной катушке. Очевидно, что через время t после этого амплитуда сигнала ЯМР смеси (А.А.Вашман, И.С.Пронин. Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия. М.: Энергоатомиздат, 1986 г., с.38, формула 2.4):At some point in time t = 0, with the help of a π-pulse, the nuclear magnetization is inverted in the receiving coil. Obviously, after time t after this, the amplitude of the NMR signal of the mixture (A.A. Vashman, I.S. Pronin. Nuclear magnetic relaxation spectroscopy. M .: Energoatomizdat, 1986, p. 38, formula 2.4):
где A1 и А2 стационарные (без инверсии намагниченности) амплитуды сигнала ЯМР при C1=1 и С2=1, то есть при полном заполнении датчика только одним компонентом, a TP1, ТP2 - времена продольной релаксации компонентов.where A 1 and A 2 are stationary (without magnetization inversion) amplitudes of the NMR signal at C 1 = 1 and C 2 = 1, that is, when the sensor is completely filled with only one component, and T P1 , T P2 are the longitudinal relaxation times of the components.
Из выражения (1) видно, что в моменты времени t1=TP1ln2 и t2=TP2ln2 амплитуда сигнала ЯМР определяется содержанием только одного компонента:From the expression (1) it can be seen that at times t 1 = T P1 ln2 and t 2 = T P2 ln2 the amplitude of the NMR signal is determined by the content of only one component:
при t=t1
при t=t2
Предлагаемый способ определения состава смеси состоит в измерении амплитуд A(t1) в момент времени t1, A(t2) в момент времени t2. Концентрации жидких компонентов определяются по следующим из (2) и (3) выражениям:The proposed method for determining the composition of the mixture consists in measuring the amplitudes A (t 1 ) at time t 1 , A (t 2 ) at time t 2 . The concentrations of the liquid components are determined by the following expressions from (2) and (3):
Заявляемый способ является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применим.The inventive method is new, has an inventive step and is industrially applicable.
Пример практического применения предлагаемого способа.An example of the practical application of the proposed method.
Метод позволяет определять содержание компонентов в нефтеводогазовой смеси на выходе промысловых скважин. В этом случае у нефти TP1=0,2c, t1=0,14c, у воды TP2=1c, t2=0,69c.The method allows you to determine the content of components in the oil-gas mixture at the outlet of production wells. In this case, for oil T P1 = 0.2c, t 1 = 0.14c, for water T P2 = 1c, t 2 = 0.69c.
Концентрация воды
Концентрация нефти
A1=AH, А2=АB - стационарные амплитуды сигналов нефти и воды при полном заполнении ими трубопровода. Концентрация газа СГ=1-СH-СB.A 1 = A H , A 2 = A B are the stationary amplitudes of the oil and water signals when the pipeline is completely filled with them. Gas concentration С Г = 1-С H -С B.
Таким образом, заявляемый способ позволяет измерить концентрации более точно и достоверно, не затрачивая слишком много времени на получение эталонных зависимостей.Thus, the claimed method allows to measure the concentration more accurately and reliably, without spending too much time on obtaining the reference dependencies.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123608/28A RU2326369C2 (en) | 2006-07-03 | 2006-07-03 | Method of concentration measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123608/28A RU2326369C2 (en) | 2006-07-03 | 2006-07-03 | Method of concentration measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006123608A RU2006123608A (en) | 2008-01-10 |
| RU2326369C2 true RU2326369C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39019929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006123608/28A RU2326369C2 (en) | 2006-07-03 | 2006-07-03 | Method of concentration measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2326369C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1303916A1 (en) * | 1985-05-11 | 1987-04-15 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Method of measuring concentration |
| RU2022259C1 (en) * | 1992-02-28 | 1994-10-30 | Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина | Process of proximate analysis of small concentrations of matter |
| US6436715B1 (en) * | 1999-07-01 | 2002-08-20 | Degussa Huls Ag | Method for determining silicone concentrations |
| WO2005119285A1 (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Lipofit Analytic Gmbh | Process for the determination of lipoproteins in body fluids |
-
2006
- 2006-07-03 RU RU2006123608/28A patent/RU2326369C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1303916A1 (en) * | 1985-05-11 | 1987-04-15 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Method of measuring concentration |
| RU2022259C1 (en) * | 1992-02-28 | 1994-10-30 | Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина | Process of proximate analysis of small concentrations of matter |
| US6436715B1 (en) * | 1999-07-01 | 2002-08-20 | Degussa Huls Ag | Method for determining silicone concentrations |
| WO2005119285A1 (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Lipofit Analytic Gmbh | Process for the determination of lipoproteins in body fluids |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006123608A (en) | 2008-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Colnago et al. | Rapid analyses of oil and fat content in agri‐food products using continuous wave free precession time domain NMR | |
| Luo et al. | Robust determination of surface relaxivity from nuclear magnetic resonance DT2 measurements | |
| Osán et al. | Fast measurements of average flow velocity by Low-Field 1H NMR | |
| CN108663391B (en) | Paramagnetic displacement-based magnetic nanoparticle concentration and temperature measurement method | |
| US20100264916A1 (en) | Apparatus and method for real time and real flow-rate measurement of multi-phase fluids | |
| Arola et al. | Use of nuclear magnetic resonance imaging as a viscometer for process monitoring | |
| CN101995413A (en) | Method for measuring cement settling time by using hydrogen proton low field nuclear magnetic resonance technology | |
| CN105136836B (en) | Low-field nuclear magnetic resonance determines the method and device of asphalt content | |
| US1414077A (en) | Method and apparatus for inspecting materiai | |
| Brai et al. | Nuclear magnetic resonance for cultural heritage | |
| RU2326369C2 (en) | Method of concentration measurement | |
| JP2005345193A (en) | Quantitative determination method using nuclear magnetic resonance method and/or diffusion factor measurement method based on nuclear magnetic resonance | |
| RU2696370C1 (en) | Method of measuring longitudinal relaxation time in a current medium | |
| Chaumette et al. | Characterization of cross-linked rubber materials via proton rotating-frame relaxation measurements | |
| Goga et al. | Mobile NMR: applications to materials and biomedicine | |
| Barmet et al. | A model-free method for high-precision MR susceptometry | |
| SU528489A1 (en) | Method for contactless measurement of pore size in capillary-porous media | |
| RU2760925C1 (en) | Method for determining acid number of liquid lecithin obtained from oleic type sunflower oil | |
| EP2511726A1 (en) | A method and system for determining the flip angle in the transient phase of a gradient echo pulse sequence | |
| Tiwari et al. | Seed oil determination without weighing and drying the seeds by combined free induction decay and spin‐echo nuclear magnetic resonance signals | |
| RU2715480C1 (en) | Method for determining the acid value of rapeseed lecithin | |
| RU2739730C1 (en) | Method of measuring magnetization of a substance by nuclear magnetic resonance | |
| SU550569A1 (en) | Method for measuring permeability of porous materials | |
| RU2535515C2 (en) | Humid gas consumption determining method | |
| RU2012874C1 (en) | Method of measuring distribution of concentrations of magnetic nuclei in solid body |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130704 |