Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса анизотропных веществ

 

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИСПЕКТРОВ .ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГОРЕЗОНАНСА АНИЗОТРОПНЫХ ВЕЩЕдтВ,бключающий модуляцию поляризующегомагнитного поля по направлению поперечным переменным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем разделения перекры . вающихся компонент спектра .по степени анизотропии, осуществляют модуляцию поляризующего магнитного поля в двух взаимно ортогональных направлениях магнитными полями, отличающимися по фазе на 90, измеряют фазовую характеристику спектра : ЭПР в виде разности фаз.между сигналом ЭПР на частоте модуляции i и сигналом модуляции в функции поляризующего магнитного поля и иденти (Л фицируют местоположение спектральных линий по экстремумам измеренС ной зависимости. rW «Wf

(l9) (! 1).

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

45 А (51)4 С 01 N 24/10

I

\ c i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф с-оь,.Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 (21) 3704459/24-25 (22) 24.02.84 (46) 07.11.85. Бюл. h"- 41 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И. Ленина (72) В.Н. Линев, В.А. Муравский, В.А. Фигурин и Е.Я. Фурса (53) 543.42.062(088.8) (56) Жидомиров Г.M. и др. Интерпретация сложных спектров ЭПР. M.:

Наука, 1975, с. 71-81.

Авторское свидетельство СССР

Ф 392396, кл. С 01 N 27/78, 1 972.. (54)(57) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ .ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАИАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА АНИЗОТРОПНЫХ ВЕЩЕСТВ, включающий модуляцию поляоизующего магнитного поля по направлению поперечныМ переменным магнитным полем, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем разделения перекрывающихся компонент спектра .по степени анизотропии, осуществляют модуляцию поляризующего магнитного поля в двух взаимно ортогональных направлениях магнитными полями, отличающимися по фазе на 90, измеряо ют фазовую характеристику спектра

ЭПР в виде разности фаз.между сиг налом ЭПР на частоте модуляции и сигналом модуляции в функции поляризующего магнитного поля и идентифицируют местоположение спектральных линий по экстремумам измерен. ной зависимости.

1, 1190245

Изобретение относится к области технической физики, в частности к технике электронного перамагнитного резонанса (ЭПР), и может быть использовано в экспериментах по исследованию анизотропных свойств парамагнитных веществ.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности путем разделения перекрывающихся компонент спектра по степени анизотропии.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагае. мого способа в радиоспектрометре

3IIP; на фиг. 2 — 6 спектры ЭПР аниэотропного образца (ионы Cr в А1 0 ) зарегистрированные известным и предлагаемым способами.

Устройство состоит из резонатора

1, размещенного между полюсами электромагнита 2, блока 3 управления магнитным полем, блока СВЧ .4, дополнительных катушек 5 и 6, создающих переменные -магнитные поля, блока 7 модуляций, управляемого фазовращателя 8, 90 » фазовращателя 9, фазового детектора 10, нульдетектора 11, блока 12 установки фазы, переключателя 13 цепи обратной связи.

Регистрация спектров ЭПР анизотропных парамагнитных веществ осуществляется следующим образом.

Исследуемый образец помещается в измерительный резонатор 1, расположенный между полюсами электромагнита 2, подключенного к блоку 3 управления магнитным полем. Сверхвысокочастотное поле возбуждается в измерительном резонаторе 1 с помощью блока СВЧ 4. Две пары катушек 5 и 6 создают переменные магнитные поля, направления которых ортогональны друг к другу и направлению поляризующего магнитного поля электромагнита. Сигнал модуляции формируется в блоке 7 модуляции, который через управляемый фазоврашатель 8 подключен к входу катушек 6 и через 90 -фазовращатель 9 — к входу о катушек 5, чем обеспечивается сдвиг по фазе на 90 между переменными магнитными полями этих катушек.

При наличии взаимно ортогональных магнитных полей с амплитудами

Н,1,„ и Н1, отличающими по фазе на 90, для 1 -й спектральной линии условие резонанса выглядит следующим образом: — = (н я,.ып(а у;)

14

И

10 Я.

В„ (3! дф; где. аы, 15 производная от -; -фактора по углу oL>, образованному осью и направлением на конец вектора переменного магнитного поля

Ч„ — фааза;

20 A — амплитуда -й спектральной линии.

В отличие от известного способа при выполнении условия резонанса на выходе блока СВЧ 4 формируется с5 сигнал ЭПР на частоте модуляции (. Y, A. sin(9<+ ; ), (g)

1.> где . — форма -й спектральной

30 линии поглощения.

При этом сигнал ЭПР в пределах каждой анизотропной спектральной линии имеет свое значение фазы

1 относительно фазы сигнала модуля— ции, характерное для этой линии.

Непрерывно измеряя разность фаз между сигналом ЭПР и сигналом модуляции в функции поляризующего магнитного поля, можно построить

4б фазовую характеристику спектра ц 1н)= ц 1v>, вид которой зависит от соотношения между фазами сигнала от каждой

45 анизотропной спектральной линии и от степени их перекрытия.

Детектирование фазы сигнала

ЭПР осуществляется фазовым детектором 10, на опорный вход которого

5р поступает сигнал с выхода блока 7 модуляции, сдвинутый по фазе на

90О относительно сигнала модуляции, т.е. сигнал, изменяющийся по закону cog Qt,. Сигнал на выходе фазового дектора 10 пропорционален амплитуде и фазе регистрируемого сигнала ЗПР.

Для измерения фазы сигнала используется компенсационный метод.

1190245

Нуль-детектор 11 поддерживает нулевой уровень сигнала на выходе фазового детектора, что осуществляется подстройкой фазы модулирующего сигнала с помощью управляемого фазовращателя 8 на величину— (при разности фаз регистрируемого и опорного сигналов в 90 сигнал на выходе фазового детектора 10 равен нулю). При этом уровень управляющего сигнала на выходе нульдетектора 11 пропорционален величине фазы регистрируемого сигнала

ЭПР, Фаэовая характеристика спектра

ЭПР имеет .выраженные экстремумы, которые, следуя выражениям (2) и (5), обусловлены различием в степени анизотропии у перекрывающихся спектральных линий.

На фиг. 2 в качестве примера приведен спектр 14 поглощения анизотропного образца (ионы Cr в

А1 0з), представляющий собой результат йаложения двух спектральных линий (кривые 15 и 16), принадлежащих ионам хрома, находящимся в различных квантовых состояниях.

На фиг. 3 представлен спектр ЭПР в виде первой производной сигнала, поглощения, зарегистрированный известным способом . Фазовая характеристика спектра ЭПР приведена на фиг. 4, на ней четко выражены два экстремума, наличие которых указывает на то, что спектр ЭПР состоит из двух спектральных линий, отличающихся степенью анизотропии (различие знаков экстремумов кривой на фиг. 4 обусловлено разными знаками анизотропии спектральных линий

15 и 16).

s(ej

На фнг. 2 приведен также пример раздельной регистрации спектральных линий 15 и 16 на выходе фазового детектора 10 при отключении с помощью переключателя 13 цепи обратной связи с выхода нуль-детектора 11 (в этом случае осуществляется ручная подстройка фазы модулирующего напряжения с помощью блока 12 установки

10 фазы). При установке фазы М„, = — 40 происходит подавление второй спектральной линии 16 и регистрируется только линия 15. Первая производная этой линии дана на фиг. 5. При устаf$ новке фазы модулирующего напряжения

Чщ = 24 регистрируется только лио ния 16. Первая производная этой линии поглощения дана на фиг. 6.

20 Спектры ЭПР зарегистрированы на радиоспектрометре фирмы Вариан

Е-112, в который введены дополнительные устройства. Частота модуляции составляет 1 кГц, катушка попереч25 ной модуляции поляризующего магнитного поля располагаются с внешней стороны резонатора и обеспечивают амплитуду модуляции Н = Н = 10 Э. х

Точность измерения фазы регистриЗ0 руемого сигнала ЭПР составляет g 1о.

Таким образом, предлагаемый способ в отличие от известного позволяет разрешить перекрывающиеся спектральные линии, различающиеся сте. пенью анизотропии, путем измерения в функции поляризующего магнитного поля разности фаз между регистрируемыми сигналом ЭПР и сигналом

40 модуляции и определения местоположения спектральных линий по экстре:мумам измеренной зависимости.

1190245

v(u)

Мщ

Ж п

Y (í) У (Н

СоставительА.Федоров

Редактор Л.Гратилло Техред О.Неце Корректор С.Черни

Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6971/45

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4