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Standardizing the use of Fast Field Cycling NMR relaxometry for measuring hydrological connectivity inside a soil
Magnetic Resonance in Chemistry ( IF 1.9 ) Pub Date : 2019-07-12 , DOI: 10.1002/mrc.4907 Pellegrino Conte 1 , Vito Ferro 2
Magnetic Resonance in Chemistry ( IF 1.9 ) Pub Date : 2019-07-12 , DOI: 10.1002/mrc.4907 Pellegrino Conte 1 , Vito Ferro 2
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Hydrological connectivity inside the soil (HCS) is applied to study the effects of heterogeneities in complex environmental systems. It refers to both the spatial patterns inside the soil (i.e., structural connectivity [SC]) and the physical–chemical processes at a molecular level (i.e., functional connectivity [FC]). NMR relaxometry has been already applied to assess both SC and FC components of the HCS by defining SC and FC indexes. Here, fast‐field cycling NMR relaxometry has been applied on a water suspended soil and a sediment to optimize the conditions to standardize the technique. Proton Larmor frequencies (ωL) from 0.01 to 25 MHz were used on samples suspended in three different rates of Milli‐Q grade water. The application of different magnetic fields revealed that the T1 values of the sediment sample are always shorter than those measured for the soil sample. This difference was attributed to the soil erosion processes limiting FC by reducing the size of macropores. For the soil sample, analyses showed that both structural and functional connectivity indexes can be assumed ωL independent. For the sediment sample, the connectivity indexes resulted ωL independent only for ωL ≥ 0.1 MHz. This could be due either to instrumental problems for ωL < 0.1 MHz or to a real magnetic field effect when a finer textured sample is examined. Further research is required in this area. Finally, the experiments revealed that the optimal water amount to obtain reliable results was corresponding to the water holding capacity.
中文翻译：
标准化使用快速场循环 NMR 弛豫测量法测量土壤内部的水文连通性
土壤内的水文连通性 (HCS) 用于研究复杂环境系统中异质性的影响。它指的是土壤内部的空间模式（即结构连通性 [SC]）和分子水平的物理化学过程（即功能连通性 [FC]）。通过定义 SC 和 FC 指数，NMR 弛豫测量法已经应用于评估 HCS 的 SC 和 FC 成分。在这里，快速场循环 NMR 弛豫测量法已应用于水悬浮土壤和沉积物，以优化条件以规范该技术。质子拉莫尔频率 (ωL) 从 0.01 到 25 MHz 用于悬浮在三种不同比例的 Milli-Q 级水中的样品。不同磁场的应用表明，沉积物样品的 T1 值总是比土壤样品的测量值要短。这种差异归因于土壤侵蚀过程通过减小大孔的大小来限制 FC。对于土壤样本，分析表明结构和功能连接指数都可以假设为独立于 ωL。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。这种差异归因于土壤侵蚀过程通过减小大孔的大小来限制 FC。对于土壤样本，分析表明结构和功能连接指数都可以假设为独立于 ωL。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。这种差异归因于土壤侵蚀过程通过减小大孔的大小来限制 FC。对于土壤样本，分析表明结构和功能连接指数都可以假设为独立于 ωL。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。分析表明，结构和功能连接指数都可以假设为 ωL 独立的。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 的仪器问题或检查更精细纹理样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。分析表明，结构和功能连接指数都可以假设为 ωL 独立的。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。
更新日期：2019-07-12
中文翻译：
标准化使用快速场循环 NMR 弛豫测量法测量土壤内部的水文连通性
土壤内的水文连通性 (HCS) 用于研究复杂环境系统中异质性的影响。它指的是土壤内部的空间模式（即结构连通性 [SC]）和分子水平的物理化学过程（即功能连通性 [FC]）。通过定义 SC 和 FC 指数，NMR 弛豫测量法已经应用于评估 HCS 的 SC 和 FC 成分。在这里，快速场循环 NMR 弛豫测量法已应用于水悬浮土壤和沉积物，以优化条件以规范该技术。质子拉莫尔频率 (ωL) 从 0.01 到 25 MHz 用于悬浮在三种不同比例的 Milli-Q 级水中的样品。不同磁场的应用表明，沉积物样品的 T1 值总是比土壤样品的测量值要短。这种差异归因于土壤侵蚀过程通过减小大孔的大小来限制 FC。对于土壤样本，分析表明结构和功能连接指数都可以假设为独立于 ωL。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。这种差异归因于土壤侵蚀过程通过减小大孔的大小来限制 FC。对于土壤样本，分析表明结构和功能连接指数都可以假设为独立于 ωL。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。这种差异归因于土壤侵蚀过程通过减小大孔的大小来限制 FC。对于土壤样本，分析表明结构和功能连接指数都可以假设为独立于 ωL。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。分析表明，结构和功能连接指数都可以假设为 ωL 独立的。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 的仪器问题或检查更精细纹理样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。分析表明，结构和功能连接指数都可以假设为 ωL 独立的。对于沉积物样品，连通性指数仅在 ωL ≥ 0.1 MHz 时导致 ωL 独立。这可能是由于 ωL < 0.1 MHz 时的仪器问题或检查更精细纹理的样品时的真实磁场效应。这方面需要进一步研究。最后，实验表明，获得可靠结果的最佳水量与持水能力相对应。
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