【摘 要】
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核磁共振波谱技术是化学分析中的一种常用技术,但灵敏度较低这一缺点极大的制约了它在微量样品检测和原位反应监测领域的进一步发展和应用。目前主要有三种解决低灵敏度的主流方案:增强静电磁场强度,超极化和采用微型线圈;而采用微型线圈在上述三种方案中,可行性较高且更容易节省制作的成本。针对上述问题,本文设计并制造了一种适用于高场核磁共振波谱仪的数字微流控系统,并搭建了与之匹配的微型平面线圈探头。数字微流控系统
【基金项目】
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国家自然科学基金(U1805261);
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核磁共振波谱技术是化学分析中的一种常用技术,但灵敏度较低这一缺点极大的制约了它在微量样品检测和原位反应监测领域的进一步发展和应用。目前主要有三种解决低灵敏度的主流方案:增强静电磁场强度,超极化和采用微型线圈;而采用微型线圈在上述三种方案中,可行性较高且更容易节省制作的成本。针对上述问题,本文设计并制造了一种适用于高场核磁共振波谱仪的数字微流控系统,并搭建了与之匹配的微型平面线圈探头。数字微流控系统主要包括数字微流控芯片,液滴驱动电路,微型平面环状线圈,3D打印探头支架,调谐匹配电路等部分。数字微流控芯片采用透明ITO玻璃制作,承载不同种类样品并为其提供运动和反应场所。采用STM32制造的驱动电路,能够根据上位机指令对芯片电压进行远程控制,驱动多种样品液滴移动并混合。微量样品的原位监测通过专门设计的微型平面线圈探头进行。微型线圈采用平面环状结构设计,使用低损耗特氟隆FR-4PCB高频电路板加工制造。线圈具体尺寸和结构通过CST数值仿真进行优化,使其更加适用于本文微流控芯片的检测需求,产生的射频场在微量样品检测区域具有更高的强度和更好的均匀性。为验证设计的可用性,我们使用该系统在500MHz高场核磁共振谱仪中对醛胺反应(苯甲醛-2-磺酸钠溶液和苯胺溶液)和光聚合反应(聚乙二醇酯(PEG-DA))进行了原位检测,在进行原位检测的实验过程中能够采到较为清晰的1H NMR谱图。实验结果证明了本文设计的可用性,DMF和NMR的结合为微量样品原位反应监测提供了一种新的强有力的工具,在化学分析领域中有广泛的应用前景。
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