Способ измерения времен релаксации парамагнитных центров вещества

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕН РЕЛАКСАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ ВЕЩЕСТВА , заключающийся в периодическом выведении парамагнитной системы Из равновесия возмущающим воздействием , представляющим собой насьпцающий микроволновый импульс, синхронно с которым изменяют значение напряженности поляризующего магнитного поля с нерезонансного на резонансное, осуществляют модуляцию резонансного поляризующего магнитно: о поля по закону случайно флюктуирующей во времени ФУНКЦИИ, выбранной так, что ее среднее значение равно нулю, а среднеквадратичное отклонение превьшает глубину кросс-релаксации, и с окончанием насыщающего микроволнового импульса возвращают значение напряженности поляризующего магнитного поля к первоначальному значению, и регистрации неравновесных сигналов парамагнитной восприимчивости, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, последовательно изменяют после казкдого возмущающего воздействия время задержки начала регистрации неравновесных сигналов парамагнитной восприимчивости , осуществляя ее при всех временах задержки, затем многократно повторяют весь цикл измерений , суммируя неравновесные сигналы парамагнитной восприимчивости, соответствующие одинаковым временам задержек .

„.SUÄÄ 1124208 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g g 6 01 N 24/10

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° I p

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3533895/24-25 (22) 10.01 ° 83 (46) 15.11.84. Бюл. Ф 42 (72) В.Н.Дудков, О.В.Гасюк и В.И.Муромцев (53) 538.69 ° 083.2 (088.8) ГОСУДФРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (56) 1. Родионов В.Я. и др. Импульсный спектрометр-релаксометр 3-сантиметрового диапазона. для изучения эффектов дискретного насыщения и дискретной спектральной диффузии.

"Радиоспектроскопия", Пермь, 1978, 11» с. 88.

2. Авторское свидетельство СССР

err 449638, кл. G 01 М 24/ 10, 1977 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕН РЕЛАКСАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ ВЕЩЕСТВА, заключающийся в периодическом выведении парамагнитной системы из равновесия возмущающим воздействием, представляющим собой насьнцающий микроволновый импульс, синхронно с которым изменяют значение напряженности поляризующего магнитного поля с нереэонансного на резонансное, осуществляют модуляцию резонансного поляризующего магнитно; о поля по закону случайно флюктуирующей во времени функции, выбранной так, что ее среднее значение равно нулю, а среднеквадратичное отклонение превьппает глубину кросс-релаксации, и с окон- чанием насьпцающего микроволнового импульса возврашают значение напряженности поляризующего магнитного поля к первоначальному значению, и регистрации неравновесных сигнапов парамагннтной восприимчивости, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерений, последовательно изменяют после каждого возмущающего воздействия время задержки начала регистрации неравновесных сигналов парамагнитной восприимчивости, осуществляя ее при всех временах задержки, затем многократно повторяют весь цикл измерений, суммируя неравновесные сигналы парамагнитной восприимчивости, соответствующие одинаковым временам задержек.

1124208

Изобретение относится к радиоспектроскопии, конкретнее к измерению времен релаксации парамагнитных центров вещества и может быть приме> неко в научно-исследовательских ин- 5 ститутах и лабораториях„ занимающихся вопросами твердого тела, лазерных материалов, белка и рядом вопросов физической химии, т.е. проблемами, требующими высокой точности измерения времен релаксации.

Известен способ измерения времен релаксации парамагнитных центров вещества, заключающийся в том, что на парамагнитные центры вещества периодически подают возмущающее воздействие, представляющее собой насьпцающий микроволновый импульс, одновременно с которым осуществляют скачок поляризующего магнитного поля (ПМП) со значения, находящегося вне неоднородно уширенной линии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), до значения, соответствующего выбранному для насьпцения между на неоднород- 25 но уширенной линии ЭПР. Одновременно с окончанием действия насьпцающего микроволнового импульса ПИП возвращают к первоначальному значению. Период повторения насьпцающих импульсов выбирают достаточным для возвращения парамагнитной системы к состоянию равновесия. Через некоторое регулируемого время задержки. после насьнцающего импульса осуществляют быстрое прохождение ПМП через всю неоднород35 но уширенную линию ЭПР и с помощью контрольного микроволнового поля той же частоты, что и насыщающее, регистрируют неравновесные сигналы пара40 магнитной восприимчивости. Для повышения чувствительности осуществляют накопление сигнала, повторяя при том же времени задержки быстрое прохождение необходимое число раз. Потом изменяют время задержки и регистри45 руют сигнал в следующей временной точке. Таким образом проходят весь диапазон времен задержки и получают экспериментальную кривую (1 3.

Пр иб ор для ос ущес т вл е ния с пос об а позволяет исследовать парамагнитные образцы с временами спин-решетчатой релаксации и спектральной диффузии в пределах 300 мкс — 1 с, а также регистрировать сигнал, пропорциональный разности между насыщенным н ненасьпценным спектрами.

Недостатками данного способа являются невозможность прямого измерения времен спин-решетчатой релаксации„низкая точность вследствие т емпер ат ур но го др ейфа обр аз ца и электронного дрейфа устройства, невозможность проведения экспериментов при плавном изменении внешних условий, воздействующих на образец.

Наиболее близок к предлагаемому способ измерения времени релаксации парамагнитных центров вещества, заключающийся в периодическом выведении парамагнитной системы из равновесия возмущающим воздействием, представляющим микроволновый импульс, синхронно с которым изменяют значение напряженности поляризующего магнитного поля с нерезонансного на резонансное и осуществляют модуляцию резонансного поляризующего магнитного поля по закону случайно флюктуирующей во времени функции, выбранной так, что ее среднее значение равно нулю, а среанеквапратичное отклонение превышает глубину кроссрелаксации, и с окончанием насыщающего микроволнового импульса возвращают значение напряженности поляризующего магнитного поля к первоначальному значению, и регистр ации неравновесных сигналов парамагнитной восприимчивости (2 ).

Недостатками извесч ного способа являются низкая точность измерения времени релаксации, обусловленная дрейфом температуры образца и параметров релаксометра, и связанные с этим большие ошибки в разделении кривой спада на отдельные экспоненты, что вызывает большие трудности в определении механизмов релаксации, Цель способа — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что с оглас но с пос обу измерения времен релаксации парамагнитных центров вещества, заключающемуся в периодическом выведении парамагнитной системы иэ равновесия возмущающим воздействием, представляющим собой насьпцающий микроволновый импульс, синхронно с которым изменяют значение напряженности папяризующего магнитного поля с нерезонансного на резонансное, осуществляют модуляцию . резонансного поляризующего магнитного полн по закону случайно флюктуируюшей an времени функции, выбранСоставитель В. Крутских

Техред Л. Коцюбняк Корректор С. ШекмаР

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 8271/33 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ной так, что ее срепнее значение равно нулю, а среднеквадратичное отклонение превышает глубину кроссрелаксации, и с окончанием насыщающего микроволнового импульса возвращают значение напряженности поляриэующего магнитного поля к первоначальному значению и регистрации неравновесных сигналов парамагнитной восприимчивости, последовательно изменяют после каждого возмущающего воздействия время задержки начала регистрации неравновесных сигналов парамагнитной восприимчивости,осуществляя ее при всех временах задержки, затеи многократно повторяют весь цикл измерений, суммируя неравновесные сигналы парамагнитной восприимчивости, соответствующие одинаковым временам задержек.

Применение предлагаемого способа позволяет компенсировать дрейф релаксометра и температуры и, следовательно, уменьшить ошибку в определении времени релаксации в 2-3 раза, измерить с большой точностью времена релаксации на образцах с низкой концентрацией парамагнитных центров, накапливая сигналы до получения необходимой точности, увеличить количество полезной информации, получаемой эа время работы прибора за счет сокращения времени прогрева аппаратуры, а кроме того, получить зависимость релаксационных характеристик от внешних параметров, например температуры, при плавном их изменении.

Пример. Измеряют время спинрешетчатой релаксации (CPP) Т„ -анион радикала нафтазарина при 5 К.

Точность измерений должна быть не

24208 4 ниже 17. Отношение сигнал/шум на выходе приемника — 1, 5. Возмущающее воздействие представляет собой им пульс микроволнового магнитного поля, 5 подаваемый на образец при одновременной пилообразной модуляции ПМП с длительностью переднего фронта

200 мкс. Мощность насыщающего импульса Н1„= 50 мВт, его длительность

10 .„= 200 мкс. Период повторения возмущающего воздействия Т„ = 3 с. За один период повторения возмущающего воздействия с помощью контрольного микроволнового магнитного поля Н. — 7,.1 мВт во время быстрбй развертки

IIMII длительностью i = 500 мкс и амплитудой 4 Э осуществляют одну регистрацию неравновесного сигнала.

Выбирают число задержек М = 20, знащ чение постоянного ПМП Н = 3700 Э, амплитуда модуляции Н„, = 0,5 Э; частота модуляции м„,= 500 кГц. Измерения начинают через 10 мин после включения аппаратуры, в то время как

25 по способу-прототипу измерения начинают только после не менее 2-часового прогрева. Проводят три измерения времАн CPP с разным числом накоплений, Изобретение позволяет повысить точность измерений, а также получить зависимость релаксационных параметров от внешних параметров.

Так как время непрерывной работы

35 спектрометра-релаксометра "Импульс" составляет 8 ч, то, следовательно, сокрашение впемени прогрева 10 мин за один рабочий день почти íà 25Х сокращает непроизводительные потери

40 электроэнергии хладагента амортиЭ Э зации аппаратуры.