Shimming Halbach magnets utilizing genetic algorithms to profit from material imperfections

Parker, Anna J.; Zia, Wasif; Rehorn, Christian; Blümich, Bernhard

doi:10.1016/j.jmr.2016.01.014

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“…To obtain a line‐width of 0.1 Hz at 50 MHz the relative variation in field strength across the sample needs to be less than 2×10 −9 . This translates into a flat road from Frankfurt to Paris for which the variations in height are less than 1 mm over its entire length and explains why it took so long to produce such precise fields with permanent magnets assembled from blocks with variations in dimension and polarization in the percent range …”

Section: Nmr Methodsmentioning

confidence: 99%

Desktop NMR and Its Applications From Materials Science To Organic Chemistry

2017

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NMR spectroscopy is an indispensable method of analysis in chemistry, which until recently suffered from high demands for space, high costs for acquisition and maintenance, and operational complexity. This has changed with the introduction of compact NMR spectrometers suitable for small-molecule analysis on the chemical workbench. These spectrometers contain permanent magnets giving rise to proton NMR frequencies between 40 and 80 MHz. The enabling technology is to make small permanent magnets with homogeneous fields. Tabletop instruments with inhomogeneous fields have been in use for over 40 years for characterizing food and hydrogen-containing materials by relaxation and diffusion measurements. Related NMR instruments measure these parameters in the stray field outside the magnet. They are used to inspect the borehole walls of oil wells and to test objects nondestructively. The state-of-the-art of NMR spectroscopy, imaging and relaxometry with compact instruments is reviewed.

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Section: Nmr Methodsmentioning

confidence: 99%

Desktop NMR and Its Applications From Materials Science To Organic Chemistry

2017

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“…Dies entspricht einer ebenen Strecke von Frankfurt nach Paris, bei der die Höhenabweichungen auf der gesamten Länge unter 1 mm liegen. Dieser Vergleich erklärt, warum es so lange dauerte, solch präzise Felder mit Permanentmagneten zu erzeugen, die aus vielen Blöcken bestehen, die in Dimension und Polarisation um einige Prozent voneinander abweichen …”

Section: Nmr‐methodenunclassified

“…Permanentmagnete bieten im Vergleich zu Elektromagneten eine höhere Energiedichte und sind deshalb kleiner. Sie sind jedoch temperaturempfindlich und kompliziert im Aufbau, um ein homogenes Feld zu erzeugen, das für NMR‐Spektroskopie geeignet ist . Die kompakte NMR begann daher mit Tischgeräten und mit mobilen Geräten, mit denen Relaxation und Diffusion zur Materialcharakterisierung, aber keine hochauflösenden Spektren für die chemische Analyse gemessen werden konnten.…”

Section: Zusammenfassung Und Ausblickunclassified

NMR mit Tischgeräten und deren Anwendungen von der Materialwissenschaft bis zur organischen Chemie

Blümich

Singh

2017

Angewandte Chemie

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Die NMR‐Spektroskopie ist eine unverzichtbare Analysemethode. Bis vor kurzem erforderten die Geräte viel Platz, waren teuer und schwer zu bedienen. Dies hat sich mit der Einführung kompakter NMR‐Spektrometer geändert, die sich für die Analyse kleiner Moleküle auf der Laborbank eignen. Solche Spektrometer sind mit Permanentmagneten für 1H‐NMR‐Frequenzen zwischen 40 und 80 MHz ausgestattet. Erst seit wenigen Jahren gibt es kleine Permanentmagnete mit homogenen Magnetfeldern für hochaufgelöste Spektroskopie. Tischgeräte mit inhomogenen Feldern werden schon seit 40 Jahren zur Charakterisierung von Lebensmitteln und Materialien über Relaxations‐ und Diffusionsmessungen genutzt. Ähnliche NMR‐Geräte messen diese Parameter im Streufeld außerhalb des Magneten. Sie werden zur Untersuchung von Bohrlochwänden in Ölquellen sowie für zerstörungsfreie Analysenverwendet. Der gegenwärtige Stand von NMR‐Spektroskopie, ‐Bildgebung und ‐Relaxometrie wird hier anhand repräsentativer Beispiele beschrieben.

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“…14b), for which the puzzle of hardware components is on the road to completion. For example, optical hyperpolarization and NMR detection of 129 Xe have been realized on a microfluidic chip [246]; in pursuit of miniaturizing magnets, concepts for constructing small spectroscopy-grade magnets with homogeneous fields accounting for imperfection of magnet components have been found to be superior to concepts based on perfection of magnet components [247], and shimming by ablation on the atomic scale promises ultimate precision [248], so that residual and temperature-dependent magnetic field inhomogeneities can be reduced by novel concepts of electrical shimming [249,250]. Despite intriguing alternatives such as optical detection [251,252], inductive detection remains the scheme most explored in the context of miniaturization [253][254][255], where tuning to the low resonance frequencies of NMR with permanent magnets is enabled with sacrificial inductances [219], which, when fitted with a high-quality factor, can significantly boost the detection sensitivity [256].…”

Section: Miniaturization and Conclusionmentioning

confidence: 99%

Mobile and Compact NMR

Blümich

2016

Modern Magnetic Resonance

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NMR with mobile and compact devices is experiencing considerable growth in recent years in particular since instruments have become available, which are capable not only of measuring NMR relaxation but also images and highresolution spectra. Based on permanent magnet technology, compact tabletop NMR instruments measure samples of materials and solutions positioned inside the magnet, while compact mobile instruments measure material properties of intact objects and samples nondestructively in the inhomogeneous stray field outside the magnet. Following a brief introduction to NMR with homogeneous and inhomogeneous magnetic fields and to the concepts of permanent center-and stray-field NMR magnets, the evolution of the technology over the past 10 years is reviewed and illustrated with selected applications. Relaxation and diffusion measurements find use in the analysis of foods, biological tissues, polymer materials, porous media, and objects of cultural heritage. Compact imaging

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Shimming Halbach magnets utilizing genetic algorithms to profit from material imperfections

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Desktop NMR and Its Applications From Materials Science To Organic Chemistry

Desktop NMR and Its Applications From Materials Science To Organic Chemistry

NMR mit Tischgeräten und deren Anwendungen von der Materialwissenschaft bis zur organischen Chemie

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