物料干燥过程水分含量和状态分析平台的制作方法

本发明涉及实验仪器设备领域。更具体地说，本发明涉及基于低场核磁共振技术(lf-nmr)的物料干燥过程水分含量和状态(水分子的结合或束缚程度)分析平台。

背景技术：

物料尤其是农产品、食品在一定温湿度干燥条件下，物料中水分含量、状态对农产品、食品储藏、加工、产品质量等均有重要影响。传统方法采用在物料干燥过程中分时段采集两份样品，一份样品采用传统的烘箱法测定样品水分含量，一份样品采用低场核磁共振设备表征物料干燥过程中水分状态、分布或迁移过程。可知，传统方法中样品的采集需频繁开启干燥箱，干扰物料的干燥过程，影响干燥条件和样品的原有状态，进而影响检测结果的准确性；为了获得较好的干燥动力学结果，需设置多点取样，工作量大、可重复性差、工作效率低。因此，亟需设计一种能够一定程度解决上述缺陷，并可在干燥过程实时动态监测在线水分含量和状态的自动分析平台。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，其能够在完全相同的温度、相对湿度条件下，同时在线自动采集物料中水分含量和状态数据，减少了工作量，同时避免了常规多次实验对物料干燥过程的影响。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，包括由恒温恒湿装置、水分含量分析装置、水分状态分析装置、循环风机和管路构成的空气介质循环回路；

其中，所述水分含量分析装置包括质量分析组件和第一物料载床，所述质量分析组件上用于称量第一物料载床中样品的质量；

所述水分状态分析装置包括第二物料载床和低场核磁共振分析组件，所述低场核磁共振分析组件用于获取第二物料载床中样品的核磁共振信号。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述低场核磁共振分析组件包括外壳、磁体和线圈，所述外壳中形成有贯通通道，所述贯通两端分别与管路连通，所述第二物料载床设置在所述贯通通道内，所述磁体和所述线圈设置在所述贯通通道周围。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述第二物料载床包括半圆柱状主体和载物台，所述半圆柱状主体一端形成有载物台放置槽，所述载物台包括横板和竖板，所述横板和所述竖板上设置有透气孔。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述外壳内形成有夹套，所述外壳上与所述夹套对应的位置设置有冷却介质进口和冷却介质出口。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

内部温度传感器，所述半圆柱状主体另一端向外延伸形成一圆形板，所述圆形板上围绕所述半圆柱状主体设置有一圆形孔和一弧形孔，所述内部温度传感器从所述圆形孔伸入。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

出口温度传感器和入口温度传感器，所述入口温度传感器设置在所述外壳外靠近所述圆形板的位置，所述出口温度传感器设置在所述外壳外靠近所述载物台放置槽的位置。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述恒温恒湿装置包括加热组件和加湿组件。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

恒温恒湿箱，其相对的两侧分别形成有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口分别与管路连通；

所述恒温恒湿装置和所述水分含量分析装置设置在所述恒温恒湿箱内部。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

控制与数据采集装置，其与所述质量分析组件和所述低场低场核磁共振分析组件分别通讯连接。

优选的是，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，冷却介质为氟油。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明可以在完全相同的温度、相对湿度条件下，实现对物料干燥过程水分含量变化、不同状态水(水分子的束缚程度，如自由水、弱结合水、强结合水)的实时、在线、无损检测，可以保证实验结果的准确性和可重复性，一次实验可以获得物料水分相关的7个指标随时间变化曲线，极大的提高实验效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明第二物料载床的结构示意图；

图3为本发明的载物台的结构示意图；

图4为本发明一个实例的水分状态在线变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在一种技术方案中，如图1～4所示，基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，包括由恒温恒湿装置4、水分含量分析装置3、水分状态分析装置、循环风机5和管路6构成的空气介质循环回路；

其中，所述水分含量分析装置3包括质量分析组件和第一物料载床，所述质量分析组件上用于称量第一物料载床中样品14的质量；

所述水分状态分析装置包括第二物料载床8和低场核磁共振分析组件7，所述低场核磁共振分析组件用于获取第二物料载床中样品14的核磁共振信号。

在上述技术方案中，恒温恒湿装置4、水分含量分析装置3、水分状态分析装置和循环风机通过管路一次连通，构成气体闭合空气介质循环回路(图1箭头为气体循环方向)，通过循环风机的运行，使得恒温恒湿装置、水分含量分析装置和水分状态分析装置内的温度、相对湿度条件相同。恒温恒湿装置、循环风机和管路的具体结构可参考现有技术，恒温恒湿装置能够改变湿度和温度，为实验测定给出所需的物料干燥条件(温度、相对湿度)，循环风机通过管路将整个气体循环回路处于完全相同的温度、相对湿度环境。水分含量分析装置中通过第一物料载床承载第一部分物料样品，第一部分物料样品在循环风机给出的环境中进行干燥，质量分析组件不断称量第一物料载床上的样品质量，通过获得样品质量的减少量，即可得到样品中的水分蒸发量。质量分析组件可以是电子秤等，第一物料载床可以方便放置(平放、悬挂)物料样品即可。水分状态分析装置中通过第二物料承载床承载第二部分物料样品，第二部分物料样品在与第一部分物料样品相同的环境条件中干燥，低场核磁共振分析组件实时检测第二部分物料样品的核磁共振(nmr)信号，nmr利用氢质子在磁场中的自旋-驰豫特性，通过弛豫时间的变化分析研究水分形态、分布和迁移，横向弛豫时间(t2)越短，说明样品中水分的自由度越小，与非水组分结合更紧密；t2越长，水分自由度越大。为了实现核磁共振信号的采集，还设置有核磁控制系统2，核磁控制系统可参考现有技术。可以看出，本技术方案通过循环的湿热介质(空气)同时对第一部分物料样品和第二部分物料样品进行干燥，在干燥过程中同时分析物料样品的水分含量和水分状态，实现了在完全相同的温度、相对湿度条件下，对物料干燥过程水分含量变化、不同状态水(水分子的束缚程度)的同时检测，极大地提升了实验结果的准确性和可重复性。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述低场核磁共振分析组件包括外壳、磁体和线圈，所述外壳中形成有贯通通道，所述贯通两端分别与管路连通，所述第二物料载床8设置在所述贯通通道内，所述磁体和所述线圈设置在所述贯通通道周围。这里，提供了低场核磁共振分析组件的一种具体形式，即在外壳内形成一左右贯通的贯通通道，管路与贯通通道连通，在贯通通道内放置第二物料载床，方便磁体线圈对第二部分物料进行作用，获得核磁共振信号。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程含量和状态分析平台，所述第二物料载床包括半圆柱状主体802和载物台803，所述半圆柱状主体一端形成有载物台放置槽，所述载物台包括横板和竖板，所述横板和所述竖板上设置有透气孔。如图2和图3所示，提供了第二物料载床的一种结构形式，方便放入贯通通道内，横板沿着半圆柱状主体延伸，竖板垂直于半圆柱状主体延伸，载物台的结构能够提高干燥均匀性。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述外壳内形成有夹套，所述外壳上与所述夹套对应的位置设置有冷却介质进口和冷却介质出口。这里，提供了低场核磁共振分析组件的一种冷却结构，冷却介质进口和冷却介质出口通过介质流通管道12与温度控制单元13(用于控制冷却介质的温度)连接，避免循环风机带入壳体内部的湿热空气使得低场核磁共振分析组件温度升高而影响检测结果，该冷却结构可参考现有技术内的换热器。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

内部温度传感器9，所述半圆柱状主体另一端向外延伸形成一圆形板801，所述圆形板801上围绕所述半圆柱状主体设置有一圆形孔和一弧形孔，所述内部温度传感器从所述圆形孔伸入。这里，提供了检测贯通通道内以及第二部分物料样品附件的温度的一种方式，圆形孔用于放置内部温度传感器，弧形孔用于供湿热空气流通，当内部温度传感器检测到的温度与实验设定的温度出现偏差，则变更恒温恒湿装置和循环风机的参数。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

出口温湿度传感器11和入口温湿度传感器10，所述入口温湿度传感器设置在所述外壳外靠近所述圆形板的位置，所述出口温湿度传感器设置在所述外壳外靠近所述载物台放置槽的位置。这里，还在另两个位置提供了温湿度传感，使得对第二部分物料样品附近的温湿度环境的控制更加精确。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，所述恒温恒湿装置包括加热组件和加湿组件。这里，加热组件可以使电热管，加湿组件可以是超声波加湿器。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

恒温恒湿箱，其相对的两侧分别形成有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口分别与管路连通；

所述恒温恒湿装置4和所述水分含量分析装置3设置在所述恒温恒湿箱内部。这里，恒温恒湿箱内放置恒温恒湿装置，使得恒温恒湿箱在封闭进风口和出风口后，还能够独立形成一个干燥设备，增加分析平台的功能。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，还包括：

控制与数据采集装置1，其与所述质量分析组件和所述低场核磁共振分析组件分别通讯连接。这里，通过控制与数据采集装置实时、在线获得质量分析组件和低场核磁共振分析组件采集的数据，并能够将水分含量和水分状态进行综合分析。

在另一种技术方案中，所述的基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台，冷却介质为氟油。这里，避免使用水作为介质，干扰水分状态的分析。

以下以一个实例具体说明：

如图4所示，利用本发明的装置，在线监测获得某物料在恒温(40℃)恒湿(75％)条件下，干燥350min，每5min自动测定一次，软件分析获得的物料干燥过程中水分含量、水分结合状态和相对含量等的动态变化图。根据图中数据，可以进一步分析出物料水分含量、不同状态水(t21、t22、t23)结合程度、不同状态水(a21、a22、a23)相对含量等7个水分相关指标的变化特征曲线。

如果采用传统方式获得如上数据，需要每隔5分钟在工作环境中取出部分样品，利用干燥箱干燥4-6小时获得水分含量；在利用低场核磁共振仪分析获得不同状态水结合程度、相对含量；需要进行140次试验，工作量很大；其次，反复70次开启箱门取样，影响干燥箱的工作条件；另外，不断取出样品，也会影响物料和干燥介质(空气)的原有位置和状态，影响曲线的准确性。利用本发明，仅需要1次试验即可获得70个样点(每5分钟采集记录1次，采样记录时间可根据实际需要调整)的物料水分指标动态变化，且控制系统可根据70个样点的数据绘制出如图4所示的水分状态动态变化曲线。依照本发明的装置操作自动化程度高，能够实现实时在线监控，高密度采集数据，可以保证试验结果的准确性、可重复性，提高工作效率。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明说明的。对本发明基于低场核磁共振技术的物料干燥过程水分含量和状态分析平台的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此，在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。