Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха

 

Изобретение может быть использовано при исследовании структуры и строения химических соединений, а также при разработке различных радиофизических и радиотехнических систем и устройств, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотным полем. В способе наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающем воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте, дополнительно воздействуют радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾ и ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР. Изобретение позволяет возбуждать резонансные переходы с широкими линиями ЯКР, получать дополнительную информацию о структуре и строении химических соединений, исследование которых ранее было затруднительно. 6 ил.

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений, а также при разработке различных радиофизических и радиотехнических систем и устройств, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотным полем.

Известен способ наблюдения квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной , где ω⁽_Qⁱ⁾ - резонансная частота возбуждаемого перехода, Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР, и регистрацию сигналов эха на частоте ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾ (или ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾) (см. Д. Я. Осокин. Импульсный спин-локинг в ядерном квадрупольном резонансе ¹⁴N // ЖЭТФ. 1983. Т. 84. N 1. С. 118-122).

Данный способ не позволяет наблюдать сигналы спинового эха с максимальной амплитудой (т.к. ее величина уменьшается в зависимости от величины расстройки), а также исследовать при этом спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Известен также способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте (см. E.L. Hahn. Spin Echoes // Phys. Rev. 1950. V.80. N 4. P.580-584). Он принят нами за прототип.

Данный способ не позволяет исследовать влияние расстройки на спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Задачей данного изобретения является разработка метода ЯКР, позволяющего изучать влияние величины расстройки на различные спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте, и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков: дополнительно воздействуют радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾ и ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾, где ω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР. Причем радиочастотные импульсы с тремя частотами заполнения подают различными способами.

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

Во-первых, предложен способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными ω⁽_Qⁱ⁾, ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾ и ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾. Во-вторых, такой способ возбуждения сигналов спинового эха позволяет наблюдать их с максимальной амплитудой.

В-третьих, такой способ наблюдения позволяет возбуждать сигналы с широкими линиями ЯКР.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что такой способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха не обнаружен. Он обладает новизной и изобретательским уровнем.

Способ реализован с помощью трехчастотного импульсного спектрометра ЯКР. Один канал настраивается на резонансную частоту ω⁽_Qⁱ⁾, второй канал - на частоту ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾, , a третий канал - на частоту ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾. На фиг. 1-6 приведены импульсные программы, которые позволяют реализовать предлагаемый способ. Все варианты отличаются условиями возбуждения сигналов эха. Для трех импульсных программ такого способа наблюдения сигналов эха возможны следующие варианты: Рассмотрим более подробно один из них.

Вариант 1. Сначала воздействуют радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, потом радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾, затем радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого, перехода в пределах полуширины линии ЯКР. Регистрация сигналов эха ведется на резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾. (фиг. 1).

Если воздействовать на образец, содержащий квадрупольные ядра, по программе на фиг. 1, то наблюдаются сигналы эхо с амплитудами: в момент времени в момент времени
в момент времени

в момент времени

в момент времени
Здесь (I_x)_m,m-1 - элемент матрицы оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_Q; с_i(x_i) являются тригонометрическими функциями угловых длительностей радиочастотных импульсов; ω_m,m-1 - резонансная частота ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины линии ЯКР, τ₁ и τ₂ временные интервалы между первым и вторым и между вторым и третьим импульсами, m магнитное квантовое число.

Вариант 2. По программе на фиг. 2 сигналы эхо наблюдаются:
а) с амплитудой E_m,m-1⁽¹⁾
в момент времени
б) с амплитудой E_m,m-1⁽²⁾
в момент времени
в) с амплитудой E_m,m-1⁽³⁾
в момент времени
г) с амплитудой E_m,m-1⁽⁴⁾
в момент времени
д) с амплитудой E_m,m-1⁽⁵⁾
в момент времени
Вариант 3. По программе на фиг. 3 сигналы наблюдаются:.

а) с амплитудой E_m,m-1⁽¹⁾
в момент времени
б) с амплитудой E_m,m-1⁽²⁾
в момент времени
в) с амплитудой E_m,m-1⁽³⁾
в момент времени
г) с амплитудой E_m,m-1⁽⁴⁾
в момент времени
д) с амплитудой E_m,m-1⁽⁵⁾
в момент времени
Вариант 4. По программе на фиг. 4 сигналы эхо наблюдаются:
а) с амплитудой E_m,m-1⁽¹⁾
в момент времени
б) с амплитудой E_m,m-1⁽²⁾
в момент времени
в) с амплитудой E_m,m-1⁽³⁾
в момент времени
г) с амплитудой E_m,m-1⁽⁴⁾
в момент времени
д) с амплитудой E_m,m-1⁽⁵⁾
в момент времени
Вариант 5. По программе на фиг. 5 сигналы эхо наблюдаются:
а) с амплитудой E_m,m-1⁽¹⁾
в момент времени
б) с амплитудой E_m,m-1⁽²⁾
в момент времени
в) с амплитудой E_m,m-1⁽³⁾
в момент времени
г) с амплитудой E_m,m-1⁽⁴⁾
в момент времени,
д) с амплитудой E_m,m-1⁽⁵⁾
в момент времени
Вариант 6. По программе на фиг. 6 сигналы эхо наблюдаются:
а) с амплитудой E_m,m-1⁽¹⁾
в момент времени
б) с амплитудой E_m,m-1⁽²⁾
в момент времени
в) с амплитудой E_m,m-1⁽³⁾
в момент времени
г) с амплитудой E_m,m-1⁽⁴⁾
в момент времени
д) с амплитудой E_m,m-1⁽⁵⁾
в момент времени
Таким образом, в зависимости от условий возбуждения наблюдаются сдвиги (относительно местоположений сигналов типа Хана) в местоположениях сигналов эха, которые пропорциональны Δω_m,m-1/ω_m,m-1.
Для четкого наблюдения такого эффекта необходимо выбрать образец с большими временами релаксации и с большой шириной наблюдаемой линии ЯКР.

Реализация предлагаемого изобретения проведена на ядрах ⁶³Cu в Y₁Ba₂Cu₃O_7-d на частоте 31.13 МГц (Т=297 К). Ширина этой линии ЯКР равна ~ 200 кГц. Один канал настраивается на резонансную частоту (31.13 МГц), второй на частоту (31.13 + 0.1) МГц, третий - на частоту (31.13-0.1) МГц. Сигналы наблюдают на частоте 31.13 МГц. Программатор позволяет реализовать любую импульсную программу. При больших значениях τ₁ и τ₂ хорошо наблюдаются сдвиги (относительно сигналов типа Хана) в местоположениях сигналов эха.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет возбуждать резонансные переходы с широкими линиями ЯКР, получать дополнительную информацию о структуре и строении химических соединений, исследование которых ранее было затруднительно.

Формула изобретения

Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте, отличающийся тем, что дополнительно воздействуют радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными ω⁽_Qⁱ⁾+Δω⁽_Qⁱ⁾ и ω⁽_Qⁱ⁾-Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6