[发明专利]一种核磁共振谱仪的数据采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种核磁共振谱仪，尤其是涉及一种可以免重复激励待测试样品、快速搜索未知谱峰的核磁共振谱仪的数据采集装置。

背景技术

NMR谱仪属于高端大型科学仪器，技术含量高，应用范围广泛。目前，市场主流产品为美国Varian和德国Bruker等公司生产的NMR谱仪。

在NMR谱仪的实验过程中，往往事先并不知道待测试样品里所有的物质，在初次实验时，存在一个搜索未知谱峰的过程([1]谢狄霖，陈忠，施伟巧，等.NMR碳谱谱峰检索系统[J]波谱学杂志，2008(01)：128-132)。商业谱仪一般采取以下工作流程来搜索未知谱峰：先进行粗扫，得到频率分辨率大约为几Hz的全波段谱图([2]刘颖，沈杰，李鲠颖.基于USB总线的一体化核磁共振谱仪控制台[J].波谱学杂志，2007(01)：35-41)；然后由用户指定感兴趣的频谱范围，重新激励样品，采集自由感应衰减信号(Free Induction Decay，FID)，再进行信号处理，以获得指定频谱范围内的频谱数据；若用户还需查看其他频谱范围内数据，则需要重复上述实验过程([3]周娟，周敏雄，雷都，等.一体化核磁共振谱仪数据交换的实现机制[J]波谱学杂志，2009(03)：343-350)。另一方面，当进行核磁共振实验时，如果需要查看不同频谱范围内的高分辨率频谱数据，也需要重新设定谱宽等参数，进行多次样品激发实验，以获得指定频谱范围内的高分辨率频谱数据。这样，由于前后实验的实验环境等因素存在着差异，引入了一些时间的差异性，给实验数据带来更多的不确定性。该方法的缺点在于：①搜索未知谱峰时，需要进行多次激励样品，降低了实验效率；②多次激励样品的实验结果引入了时间差异，带来了更多的不确定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以避免多次激励待测试样品，可快速搜索未知谱峰的核磁共振谱仪的数据采集装置。

本发明设有核磁控头、解调器、滤波电路、可编程增益放大器、模数转换电路(ADC)、中央处理单元(FPGA)，解调器的输入端接核磁控头的输出端，滤波电路的输入端接解调器的中频FID信号输出端，可编程增益放大器的输入端接滤波电路的输出端，ADC转换电路的输入端接可编程增益放大器的输出端，中央处理单元的输入端口接ADC转换电路的数字中频FID信号输出端，中央处理单元与大容量数据缓存连接，中央处理单元的输出端口经计算机接口外接计算机。

所述核磁探头可设有接收线圈和前置放大器，前置放大器的输入端与接收线圈连接，前置放大器的输出端与解调器的输入端连接。

所述解调器可采用500MHz本地振荡信号。

本发明在原有的控制台硬件基础上增加大容量数据缓存，用于存储NMR谱仪的中间处理数据；另外，中央处理单元采用大规模FPGA实现，所有的数据运算均在FPGA中实现。

所述FID数据处理算法是在原NMR谱仪FID数据处理算法的基础上，增加频谱细分算法。

本发明的控制台工作流程是：控制台接收到原始FID信号后，经过高频解调，得到中频信号，直接采用高速模数转换器(ADC)采样中频信号(采样率大于中频信号主频率的3倍)，得到数字化中频信号，数字化中频信号经过数字中频解调后，得到数字化FID信号，将数字化FID信号全部存储于大容量数据缓存，随后将数字化FID信号经过大倍频系数降频后，传往计算机，得到较粗频谱分辨率的全谱谱线图。用户从全谱谱线图上选定感兴趣频段区域，并可指定频谱分辨率需求，计算机将用户感兴趣频段范围、频谱分辨率需求等数据发回控制台，控制台根据用户感兴趣频段范围、频谱分辨率需求，采用频谱细分技术等相关算法，计算出合适的重采样频谱、滤波器带宽、降频系数，对存储在大容量数据缓存中的数字化FID信号进行重采样、低通滤波、降频后，发往计算机，计算机对这些数据进行FFT计算后，得到用户指定的频谱范围内高分辨率波谱信号；用户还可以多次指定感兴趣频谱范围、分辨率。

本发明在原有的NMR谱仪数据采集方式的基础上应用频谱细分技术，并且从NMR谱仪的控制台硬件、FID数据处理算法和工作流程等级方面做出改进，以实现避免多次激励待测试样品、快速搜索未知谱峰的功能。

由此可见，本发明具有以下突出的效果：

由于采用了上述方法，NMR谱仪可以一次实验即可获得全谱段的高分辨率谱线图，不需要多次重复激励样品，避免了多次激励样品引入的不重复性。而且具有了实验速度快、频谱分辨率高、频谱分辨率可定制等优点，完全可以满足NMR谱仪对控制台的要求，且调整部分元件，即可实现不同的工作频率带宽，满足各种频率NMR谱仪的需要。

附图说明