Pulsed field gradient NMR study of the translational mobility in porous media: restricted diffusion, internal magnetic fields, flows and molecular exchange

В статье рассмотрены основные принципы применения ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля для исследования пористых систем. Показано, что исследование зависимостей коэффициента самодиффузии от времени диффузии при соответствующей обработке экспериментальных данных может дать прямую информацию о размерах ограничений. Обращено внимание на необходимость применения мощных внешних градиентов магнитного поля в связи с наводимыми в неоднородных структурах значительными внутренними градиентами магнитного поля, искажающими экспериментальные данные.
Показано, что информация о структуре пористого пространства и распределении жидкости в ней может быть в принципе получена в режиме исследования диффузионных затуханий только во внутренних градиентах магнитного поля. Для этого предложено исследовать зависимость амплитуды стимулированного эха от величины первого временного интервала в импульсной последовательности ($\tau$-scanning) при варьируемых значениях времени диффузии. Этот эксперимент позволяет оценить значения и ширину распределения внутренних градиентов магнитного поля в исследуемой системе. В частности, показано, что в пористых системах, частично насыщенных жидкостью, по информации о внутренних градиентах магнитного поля можно судить о распределении жидкости в пористом пространстве.
К одной из актуальных проблем фильтрации жидкости через пористую среду относится задача количественной оценки так называемых застойных зон. В работе демонстрируются возможности метода ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля для регистрации относительной доли жидкости, заключенной в такие зоны, а также определения характеристик молекулярного обмена между этой жидкостью и жидкостью, непосредственно участвующей в фильтрационном потоке.
Очень интересными и информативными могут быть результаты применения метода ЯМР с градиентом магнитного поля к исследованию процессов обмена между различными фазовыми состояниями жидкости в пористой среде. В частности, из построенных зависимостей коэффициентов самодиффузии молекул в разных фазах от времени диффузии кажущихся населенностей удается получить информацию не только о среднем времени жизни в фазе, но и о функции распределения этих времен.