一种用于固体核磁共振高转速转子的密封装置及密封方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于固体核磁共振高转速转子的密封装置及密封方法

【技术实现步骤摘要】
一种用于固体核磁共振高转速转子的密封装置及密封方法


[0001]本专利技术涉及密封
，具体而言，尤其涉及一种用于固体核磁共振高转速转子的密封装置及密封方法
。

技术介绍

[0002]固体核磁共振是一种以固态样品为研究对象的表征手段，主要用于难溶物或溶解后结构发生改变的化合物的定性或定量分析
。
不同于高分辨液体
NMR
谱学，在固体状态下，由于化学位移各向异性
(CSA)
和偶极
、
四极耦合作用，导致固体
NMR
谱峰变宽，严重影响了固体
NMR
谱图的分辨率
。
为了在固体样品的
NMR
检测中获得高分辨的谱图，往往采用魔角旋转
(magic
‑
angle spinning,MAS)
技术，即样品在与主磁场成特定角度
(54.74
°
)
轴向上高速旋转，从而可以平均掉谱峰增宽的大多数各向异性的自旋相互作用
。
转子作为魔角旋转
(MAS)
系统一个至关重要的部件，是固体样品高速旋转的载体，被广泛应用于各种固体核磁共振实验，其转速极限主要取决于转子的材质和尺寸
。
为保证
MAS
转子的强度，采用氧化锆作为转子材料，硬度高
。
常规的
MAS
转子一般有直通式与半通式两种形式，直通式的优点在于加工较为简易，样品更换及清理更为方便，但转子两端均需要帽子覆盖，增加了转子的复杂度
。
半通式的优点在于结构简洁
、
样品装样量较大
、
转子整体性较好，但加工较为复杂，且不易清理残余样品，因此常用于大口径的转子
。
目前最常用的转子型号是外直径为
3.2mm
的转子，转速范围在0～
24kHz。
还有常规的
4mm MAS
转子，转速范围在0～
14kHz。
通常来说，随着转子外径的减小，魔角旋转转速的提升，
NMR
谱图的分辨率也会随之升高
。
随着超高速魔角旋转探头的发展和应用，目前商业化的
0.7mm MAS
探头，转速最高能达到
110kHz。
[0003]在元素周期表中，氢原子核有着近
100
％的天然丰度以及原子核中较高的磁旋比，因此其
NMR
检测灵敏度最好，应用最为广泛
。
鉴于固体核磁共振技术具有原子分辨率，对于像分子筛这样短程有序的结构材料研究特别有利，而且可以实现无损检测
。
因此，固体核磁共振已经成为研究分子筛等固体酸催化剂酸性特点及活性位化学结构的一种强有力的工具
。
另外，高场强
、
高转速对氢谱分辨率的进一步提高也是结构研究的一大优势
。
[0004]对水蒸汽或氧气高度敏感的固体样品，例如脱水活化的分子筛，其结构性质在非密封条件下接触空气后会发生快速变化，从而导致1H、
27
Al
等核磁谱图的显著改变，对样品结构表征和定量分析产生严重干扰
。
所以通常情况下，在进行固体核磁共振实验前需要将样品转移至手套箱，在惰性气氛下装入密封良好的固体核磁转子中，进而在无水无氧的条件下采集核磁信号
。
对于转子的密封技术，目前文献报道的主要方法有：
[0005]1.
热封法制小安瓿瓶：将固体样品预先装入小玻璃管中抽真空，然后进行吸附，反应等预处理
。
处理完成后将玻璃管一端放在液氮中，另一端用火焰熔融后封死，再将封好的小安瓿瓶装入核磁管中
。
考虑到固体核磁共振实验往往需要高速旋转
(>10kHz)
的测试条件，因此对安瓿瓶的强度
、
封装后的形状及瓶内样品粉末的均匀程度要求较高，实验存在安瓿瓶破裂的危险，且难以重复
。
[0006]2.
将粉末样品在普通反应管
/
脱水管中进行真空脱水处理后，在密封条件下转移
至手套箱中，并在惰性气氛保护下将样品装入固体核磁转子中
。
该方法的密封程度取决于固体核磁转子的结构设计及材料性质
。
目前在中低转速
(≤24kHz)
测试条件下所用外径
≥3.2mm
的
Bruker
转子，采用
Kel
‑
F
材质的帽子
(Cap)
能实现良好密封
。
但对于具有复杂氢信号的分子筛
/
氧化物而言，由于体系中强的偶极耦合作用，中低转速下采集的氢谱往往分辨率有限，从而使结构表征受到限制
。
高转速
(≥40kHz)
下更高效的
1H
‑
1H
同核去耦能力则可使分子筛
/
氧化物的氢谱分辨率获得显著提高
。
然而，高转速下所用外径
≤1.9mm
的转子两端开口，且帽子均为
Vespel
材质，无法实现有效密封，导致对水或氧敏感的脱水分子筛
/
氧化物难以在测试过程中保持稳定
。
[0007]3.2020
年，美国强磁场国家实验室的陈魁智博士及其同事与美国俄克拉荷马州立大学的
Jeffery L.White
实验室合作，采用了提高密封的方法：将
NMR
转子内样品与驱动帽之间加入研细的硫单质粉末，从而阻止样品与水蒸气或氧气的接触
。
但经实测，该密封方法仅适用于外径
3.2mm
的
Pheonix
转子，并不适用于外径
≤1.9mm
的
Bruker
转子
。
并且硫粉作为一种易燃易爆物质，与空气混合容易爆炸或燃烧，所以需要避光
、
密封
、
小心存放
。
此外，从毒理学的角度来看，硫粉属于低毒危险品
。
长期过度接触硫磺粉尘可能会引起皮肤过敏和长久性眼睛损伤，而长期吸入则可能会引起病理反应
。

技术实现思路

[0008]根据上述提出的技术问题，而提供一种用于固体核磁共振高转速转子的密封装置及密封方法
。
本专利技术主要利用厚度适当的密封垫在高转速下被离心力压紧于转子内壁，将转子两端的底帽
/
驱动帽与转子内壁间的缝隙封住，从而阻断外部空气与样品粉末的接触
。
对于脱水的氧化物与分子筛等水氧敏感材料而言，该技术大大提高了采样过程中样品的稳定性，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，包括：第一结构
、
第二结构
、
第一个底座
(6)、
第二个底座
(6)、
套筒
(7)、
样品
(8)、
转子驱动帽
(10)
和手动精密台钳；所述第一结构包括两端开口的第一个转子主体
(2)、
底部密封垫
(3)
和转子底帽
(4)
，所述转子底帽
(4)
扣合在第一个转子主体
(2)
的底部，所述底部密封垫
(3)
铺装在第一个转子主体
(2)
内的底部；所述样品
(8)
装入第一个转子主体
(2)
内且紧密贴合在底部密封垫
(3)
的上方；所述第二结构包括两端开口的第二个转子主体
(2)
和顶部密封垫
(5)
，所述第二个转子主体
(2)
放置于第一个底座
(6)
上，所述顶部密封垫
(5)
铺装在第二个转子主体
(2)
内的底部；所述第一个转子主体
(2)
和第二个转子主体
(2)
的结构尺寸相同；所述套筒
(7)
放置于第二个底座
(6)
上，所述第一结构插入至套筒
(7)
内的底部，所述第二结构插入至套筒
(7)
内且与第一个转子主体
(2)
的上方接触，通过手动精密台钳将第二个转子主体
(2)
内的顶部密封垫
(5)
挤压至第一个转子主体
(2)
内与样品
(8)
紧密贴合，所述转子驱动帽
(10)
用于扣合在内部包含转子底帽
(4)、
底部密封垫
(3)、
样品
(8)
和顶部密封垫
(5)
的第一个转子主体
(2)
的顶部，实现样品在转子中的密封
。2.
根据权利要求1所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，还包括精密针规
(1)
，所述精密针规
(1)
用于插入至第一个转子主体
(2)
内将底部密封垫
(3)
压实
、
插入至第二个转子主体
(2)
内将顶部密封垫
(5)
压实
。3.
根据权利要求2所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，所述精密针规
(1)
采用钨钢精密针规，外径比每一个转子主体
(2)
的内径均小
0.01
～
0.05mm。4.
根据权利要求1所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，还包括装样工具导样杆
(9)
，所述装样工具导样杆
(9)
用于插入至第一个转子主体
(2)
内，将样品
(8)
压实与底部密封垫
(3)
紧密贴合
。5.
根据权利要求1所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，所述底部密封垫
(3)
和顶部密封垫
(5)
均采用密封材料，所述密封材料为聚四氟乙烯粉末与二硫化钼粉末的混合物，其中二硫化钼的质量分数为8％
。6.
根据权利要求1所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，所述手动精密平口钳的材质为
20CrMnTi
，钳口宽度为
63mm
，钳口高度
32mm
，钳体高度
63mm
，最大开口
85mm
，钳体长度
190mm。7.
根据权利要求1所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，所述底座
(6)
和套筒
(7)
的材质均为聚四氟乙烯
。8.
根据权利要求1或7所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置，其特征在于，所述套筒
(7)
的内径比每一个转子主体
(2)
的外径均大
0.02
～
0.04mm
，套筒
(7)
的高度为两个转子主体
(2)
的长度和
。9.
一种如权利要求1‑8任意一项权利要求所述的用于固体核磁共振高转速转子的密封装置的密封方法，其特征在于，包括底部密封垫
(3)
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯广进，孙玉婷，梁力鑫，陈魁智，刘宪春，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：