Способ возбуждения сигналов спинового эха

Авторы патента:

G01R33/46 - спектроскопия с использованием ядерного магнитного резонанса

G01N24/08 - с использованием ядерного магнитного резонанса (G01N 24/12 имеет преимущество)

Изобретение может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений. В способе возбуждения сигналов спинового эха, включающем воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них, в качестве образца выбирают вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой спин-системой, подают сначала два радиочастотных импульса с частотой заполнения, равной частоте ₃ верхнего перехода, затем остальные радиочастотные импульсы с частотами заполнения, равными частотам ₂ и ₁ среднего и нижнего переходов. Длительности радиочастотных импульсов на всех возбуждаемых переходах устанавливают по максимумам наблюдаемых сигналов, временные интервалы между импульсами на каждом переходе - меньше времени поперечной релаксации, а между импульсами на разных переходах - меньше времени продольной релаксации. Изобретение позволяет возбуждать сигналы спинового эха на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы, повысить сигнал/шум наблюдаемых откликов на среднем и нижнем переходах. 4 ил.

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений.

Известен способ возбуждения сигналов спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них [1] - В. Г. Гречишкин, Н.Е. Айнбиндер /Двухчастотное возбуждение квадрупольного спинового эха //Письма в ЖЭТФ, 1967, т. 5, N 3. с. 87-89.

Недостатком данного способа является невозможность возбуждения сигналов спинового эха на всех одноквантовых переходах четырехуровневой спин-системы.

Известен также способ возбуждения сигналов спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них [2] - А.С. Ким. Трехчастотное импульсное воздействие на трехуровневую квадрупольную спин-систему //Радиоспектроскопия. Пермь. 1993. N 21. с. 61-64. Он взят нами за прототип.

Задачей данного изобретения является разработка способа возбуждения сигналов спинового эха, позволяющего наблюдать сигналы откликов на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - способа возбуждения сигналов спинового эха, включающего воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - в качестве образца выбирают вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой спин-системой, подают сначала два радиочастотных импульса с частотой заполнения, равной частоте

₃ верхнего перехода, затем остальные радиочастотные импульсы с частотами заполнения, равными частотам

₂ и

₁ среднего и нижнего переходов, причем длительности радиочастотных импульсов на всех возбуждаемых переходах устанавливают по максимумам наблюдаемых сигналов, временные интервалы между импульсами на каждом переходе - меньше времени поперечной релаксации, а между импульсами на разных перехода - меньше времени продольной релаксации.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения с достигаемым результатом.

Во-первых, впервые предложен способ возбуждения сигналов спинового эха на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы.

Во-вторых, способ позволяет повысить уровень сигнал/шум наблюдаемых сигналов на среднем и нижнем переходах за счет применения специальной импульсной программы.

Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок, раньше такая задача вообще не ставилась из-за сложности решения в теоретическом и практическом планах.

На фиг. 1 приведена схема уровней и переходов четырехуровневой (I = 7/2) спин-системы, на фиг. 2-4 - импульсные программы возбуждения сигналов спинового эха на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы.

Рассмотрим возбуждение сигналов спинового эха по общей импульсной программе на фиг. 2. В качестве образца выбираем вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой (I

7/2) спин-системой (например, ¹²³Sb, ²⁰⁹Bi). Воздействуем на него двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте

₃ верхнего перехода (7/2 - 5/2) и с временным интервалом

₁ между импульсами

₁<T₂³⁾ - время поперечной релаксации этого перехода). Через время

₂(

₂<T₁³⁾- время продольной релаксации этого же перехода) подается одновременно пара РЧ импульсов с частотами заполнения, равными частотам

₂ (переход 5/2 - 3/2) и

₁ (переход 3/2 - 1/2), а через время

где T⁽₂²⁾ и T⁽₂¹⁾ - времена поперечной релаксации переходов 5/2 - 3/2 и 3/2 - 1/2) другая пара РЧ импульсов с этими же частотами заполнения.

На частоте

₃=

_7/2,5/2 наблюдается сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени t = 2

₁. На частоте

₂=

_5/2,3/2 наблюдаются: первый сигнал с амплитудой

в момент времени

второй сигнал с амплитудой

в момент времени

третий сигнал с амплитудой

в момент времени

четвертый сигнал с амплитудой

в момент времени
t = 2

₃+

₂+

₁;
пятый сигнал с амплитудой

в момент времени

шестой сигнал с амплитудой

в момент времени

седьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

восьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

На частоте

₁=

_3/2,1/2 наблюдаются:
первый сигнал с амплитудой

в момент времени

второй сигнал с амплитудой

в момент времени
t = 2

₃+

₂+

₁;
третий сигнал с амплитудой

в момент времени

четвертый сигнал с амплитудой

в момент времени

пятый сигнал с аплитудой

в момент времени

шестой сигнал с амплитудой

в момент времени

седьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

восьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

Здесь

элемент оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_Q; A_i(X_i,Y_i,Z_i), B_i(X_i,Y_i,Z_i),
C_i(X_i, Y_i,Z_i) являются тригонометрическими функциями угловых длительностей радиочастотных импульсов. Появление этих функций связано с поведением матрицы плотности квадрупольной спин-системы во время действия импульсов;

₁ - временной интервал между импульсами на переходе 7/2 - 5/2,

₂ - временной интервал между вторым импульсом на переходе 7/2 - 5/2 и первыми импульсами на переходах 5/2 - 3/2 и 3/2 - 1/2,

₃ - временной интервал между импульсами на переходе 5/2 - 3/2 (или 3/2 - 1/2);

₃=

_7/2,5/2,

₂=

_5/2,3/2,

₁=

_3/2,1/2 - частоты верхнего, среднего, нижнего возбуждаемых переходов,

_5/2,1/2 - частота двухквантового перехода 5/2 - 1/2 и равна

_5/2,3/2+

_3/2,1/2.
Программы на фиг. 3 и 4 являются вариантами общей программы на фиг. 2. Формула изобретения написана с учетом всех приведенных программ.

Амплитуды сигналов на всех трех возбуждаемых переходах пропорциональны

_7/2,5/2, т. е. частоте заполнения двух первых радиочастотных импульсов. Предлагаемое изобретение проверено на поликристаллическом SbCl₃ (резонанс ядер ¹²³Sb, I = 7/2) при температуре 294K и 77K. Сигнал/шум наблюдаемых сигналов на всех трех переходах при T = 294K ~ 10, а при T = 77K ~ 25.

Формула изобретения

Способ возбуждения сигналов спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них, отличающийся тем, что в качестве образца выбирают вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой спин-системой, подают сначала два радиочастотных импульса с частотой заполнения, равной частоте

₃ верхнего перехода, затем остальные радиочастотные импульсы с частотами заполнения, равными частотам

₂ и

₁ среднего и нижнего переходов, причем длительности радиочастотных импульсов на всех возбуждаемых переходах устанавливают по максимумам наблюдаемых сигналов, временные интервалы между импульсами на каждом переходе - меньше времени поперечной релаксации, а между импульсами на разных переходах - меньше времени продольной релаксации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Изобретение относится к магнитно-резонансной радиоспектроскопии и предназначено для контроля и поддержания заданной температуры и температурного градиента в объеме исследуемого образца, в частности в экспериментах по измерению времен магнитной релаксации и коэффициентов самодиффузии методом ЯМР

Способ количественного анализа вещества // 2111479

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа и может быть использовано во всех областях науки, техники и промышленности, в которых требуется определение содержания каких-либо веществ в исходных, промежуточных и конечных продуктах

Способ воздействия на трехуровневую квадрупольную спин- систему // 2105967

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений

Устройство для каротажа буровой скважины // 2104566

Способы измерения диффузии посредством ядерного магнитного резонанса (варианты) // 2104565

Способ получения якр-изображения // 2094785

Способ контроля качества производства 1,2-дихлорэтана // 2091778

Способ количественного определения адсорбционной способности цеолитов и устройство для его осуществления // 2087904

Изобретение относится к области спектральных методов анализа гетерогенных систем, контроля физико-химических процессов и касается определения различных характеристик цеолитов в горных породах с использованием спектроскопии магнитного резонанса

Способ регистрации изотопа осмия-187 // 2086969

Устройство для регистрации изотопа осмия-187 // 2086968

Устройство для одновременного обнаружения нескольких взрывчатых веществ и наркотиков в багаже // 2128832

Изобретение относится к области применения ЯКР (ядерный квадрупольный резонанс), в частности в установках для контроля багажа на транспорте, где запрещается провоз взрывчатых веществ и наркотиков

Устройство термостатирования биологических образцов // 2134416

Изобретение относится к устройствам термостатирования биологических образцов, например, исследуемых методами магниторезонансной спектроскопии, и, в частности, может найти применение в технике импульсного ядерного магнитного резонса (ЯМР) для регулирования и поддержания температур образца в датчике ЯМР релаксометра-диффузометра

Способ определения температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов // 2135986

Изобретение относится к способам исследования реологических свойств материалов с помощью ядерно-магнитного резонанса и может быть использовано для определения температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов, например гудронов, мазутов, битумов, крекинг-остатков, песков и др

Способ определения степени замещения целлюлозы // 2139527

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано при количественном определении протоносодержащих веществ в исходных, промежуточных и конечных продуктах

Способ возбуждения дополнительных сигналов эха // 2140069

Способ раздельного определения моно- и диалкилалюминийхлоридов // 2142128

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к определению алкилалюминийхлоридов ЯМР-спектроскопией

Способ определения деформационных характеристик горных пород // 2145080

Изобретение относится к области исследования горных пород-коллекторов методом ЯМР

Способ и устройство обнаружения первого материала в объеме второго материала, окружающего первый материал // 2154266

Способ определения числа активных центров углеродных адсорбентов // 2154267

Изобретение относится к области физико-химического анализа и может быть использовано в тех областях науки, где требуется количественное определение числа активных центров в различных образцах углеродных адсорбентов

Способ изучения прижизненной топографии // 2171465

Изобретение относится к медицине, в частности к рентгенологии и анатомии

Способ возбуждения дополнительных сигналов эха // 2140069