Способ регистрации спектров электронногопарамагнитного резонанса и устройстводля его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ

«ч851 216 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено; 061076 (23) 2410610/18-25 с присоединением заявки М 2410611/18-25 (51)М. Кл, а 01 Ы 24/00

Государственный комитет

СССР но яелам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3007.81. Бюллетень ЙЯ 28

Дата опубликования описания 300781 (53) УДК 539 ° 143.43 (088.8)

Л. С. Любченко, В.Ф. Стельмах и В.П. СтриГуцкий (72) Авторы изобретения

1.

l

Белорусский ордена Трудового Красного Знамейн--. государственный университет им. В.И. Ленина (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОННОГО

ПАРАИАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (эпР) и может быть использовано при конструировании спектрометров

ЭПР и при исследовании парамагнитных свойств физико-химических и биологи- ческих объектов.

Известен способ регистрации спектра двойного электрон-ядерного резонатора (ДЭЯР), заключающийся в помещении исследуемого образца s магнитное поле, подведении к нему мощности сверхвысокой частоты (СВЧ) и регистрации поглощения СВЧ-мощности и радиочастотном возбуждении системы ядерных магнитных моментов . Вектор магнитной компоненты этого возбуждения направлен перпендикулярно вектору внешнего магнитного поля. Регистрация спектра ПЭЯР осуществляет- 20 ся при фиксированном значении внешнего магнитного поля путем изменения частоты радиочастотного возбужденияЩ.

Однако данный способ не поэволя25 ет исследовать объекты, в которых отсутствуют электрон-ядерные магнитные взаимодействия.

Наиболее близким к предлагаемому по физической и технической сущности ЗО является способ, в котором регистрация спектра производится при изменении внешнего магнитного поля. Способ заключается в наложении на электронные спиновые магнитные моменты исследуемого образца внешнего магнитного поля, мощности СВЧ и регистрации изменения мощности СВЧ при изменении магнитного поля.

Способ осуществляют устройством, содержащим блок получения магнитного поля в месте расположения исследуемого образца, блок развертки -магнитного поля, источник мощности- СВЧ с измерительным резонатором, в котором помещен образец, н систему регистрации изменения мощности СВЧ при изменении внешнего магнитного поля f2 ).

В ряде случаев исследуемые образцы содержат сложную систему электронных спиновых магнитных моментов (ЭСИИ), дающих малоинформативные, плохо разрешенные при указанном спосо6е регистрации спектры ЭПР, например, иэ-за неразрешенной тонкой и сверхтонкой структуры, аниэотропии

g-фактора и сверхтонкой структура, наличия ряда типов ЭСИИ с близкими

g-факторами и т.д. Спектральное раэ1

851216 решение сигналов подобных систем обычными способами невозможно.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности и чувствительности при регистрации малоинформативных спектров ЭПР. указанная цель достигается тем, что систему электронных спиновых магнитных моментов исследуемого образца насыщают при заданном значении магнитного поля, подводят дополнительное радиочастотное возбуждение, частоту, мощность и направление вектора магнитной компоненты которого относительно направления внешнего магнитного поля изменяют до установления минимального поглощения мощности СВЧ, а затем производят регистрацию спектра ЭПР. устройство для осуществления способа, содержащее блок получения магнитного поля в месте расположения исследуемого образца, блок развертки магнитного поля, источник мощности

СВЧ с измерительным резонатором, в котором помещен образец, и систему регистрации изменения мощности СВЧ при изменении внешнего магнитного поля, дополнительно содержит генератор радиочастотного возбуждения, связанный с измерительным резонатором через устройство изменения частоты, мощности и угла между направлением вектора, магнитного поля радиочастотного возбуждения и направлением внешнего магнитного поля.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа (спектрометр); на фиг. 2- устройство для подведения дополнительного радиочастотного возбуждения к образцу. йэ теории электронного магнитного резонанса известно, что в условиях насыщения исследуемого образца с помощью СВЧ мощности вектор намагниченности системы ЭСИИ, помимо прецессии относительно направления внешнего магнитного поля Н„ совершает нутационное движение вокруг направления Н с частотой Ц) = И, где — гиромагнит 1 ное отношение; Н - напряженность магнитного поля СЗЧ, В системе координат, вращающейся с частотой поля СВЧ, система ЭСММ характеризуется стационарными уровнями энергии в эффективном поле, расстояние между которыми задается величиной поля СВЧ и внутренними взаимодействиями в системе ЭСИИ (локальные поля) .

Если в этих условиях на систему

ЭСММ наложить дополнительное радиочастотное поле, частота которого удовлетворяет расцеплению между укаэанными выше уровнями в эффективном поле, то в системе ЭСММ возйикает дополнительное поглощение радиочастотной энергии. Величина поглощения радиочастотной энергии критическим образом зависит от направления радиочастотного магнитного поля по отношению к Нди Ц„ поскольку направление эффективного магнитного поля задается ве,личиной локального поля в системе

ЭСММ и величина Разности/Ц э-Щ/, определяющей угол прецессии спинов относительно Н>(Ф э-„частота поля СВЧ).

Кроме того, величина поглощаемой радиочастотной энергии зависит от концентрации ЭСММ и их связи с решеткой.

Таким образом, для достижения поставленноЯ, цели систему ЭСММ насыщают при заданном значении магнитного поля, налагают дополнительное радиочас15 тотное возбуждение, частоту, мощность и направление вектора магнитной компоненты которого относительно направления внешнего магнитного поля изменяют до установления минимального

20 поглощения мощности СВЧ. После выполнения этих операций за счет поглощения радиочастотной мощности система

ЭСММ дополнительно приобретает от источника радиочастоты энергию при заданном значении магнитного поля 7 д, что приводит к дальнейшему уменьшению поглощения мощности СВЧ при этом поле Ч, В дальнейшем производятся стандартные операции по снятию спектров ЭПР при изменении внешнего магЗ0 нитного поля.

Одним из возможных вариантов осуществления способа может быть следующая последовательность операций.

Исследуемый образец помещают во внешнее магнитное поле б,подводят к нему насыщающую СВЧ-мощность, подбирая частоту дополнительного возбуждения, добиваются уменьшения поглощения СВЧ-мощности, затем, изменяя направление вектора магнитной компоненты этого возбуждения, добиваются дальнейшего уменьшения поглощения, после чего, варьируя мощностью возбуждения, получают минимальное поглощение СВЧ-мощности.

Последующая операция снятия спектра при изменении внешнего магнитного поля может быть произведена обычными способами, например модуляцией внешнего магнитного поля или супергетеродинным методом.

Спектрометр (Фиг.1) содержит устройство 1 получения однородного магнитного поля, блок 2 развертки магнитного поля, источник 3 насыщающей мощности СВЧ с измерительным резонатором 4, в котором помещен исследуемый образец, генератор 5 радиочастотного возбуждения, устройство б для изменения частоты, мощности и ориентации вектора магнитной компоненты радиочастотного возбуждения с устройством подведения радиочастотного возбуждения к образцу и схему 7 регистрации.

851216

Спек трометр работает следующим образом.

Устройство 1 получения магнитного поля создает в месте расположения образца магнитное поле заданной величины, Насыщают исследуемый образец 5

СВЧ-мощностью, поступающей от источника 3 в резонатор 4. Генератор 5 дополнительного радиочастотного возбуждения вырабатывает электромагнитные колебания, частоту которых изменяют до получения уменьшения поглощения

СВЧ-мощности, регистрируемого схемой

7 регистрации. Затем с помощью устройства 6 изменения угла ориентации вектора магнитной компоненты получают дальнейшее уменьшение поглощения. Изменяя мощность этого возбуждения, до-. биваются минимального поглощения, после чего включается блок 2 развертки магнитного поля и производится регис" трация спектра ЭПР. 20

Устройство для подведения дополнительного радиочастотного возбуждения к образцу (фиг. 2) может быть выполнено в виде трех ортогональных петель. Варьируя амплитуду и фазу под- 5 водимых к ним токов, можно получить любую ориентацию и амплитуду вектора магнитной компоненты радиочастотного возбуждения.

Отличие спектра, снятого на предлагаемом спектрометре, от обычных спектров является физическим следствием того, что величина поглощаемой СВЧ-энергии перераспределяется по спектру в зависимости от параметров внутренних локальных полей в системе ЭСММ, некоторые из которых, в свою очередь, частично подавлены дополнительным радиочастотным возбуждением, индивидуальным для определенного типа ЭСММ. Для других типов @)

ЭСММ требуются другие.;характеристики радиочастотного возбуждения, которые приводят к изменению структуры сии" маемого спектра.

Таким образом, достигается повы- 45 шение информативности регистрируемых спектров магнитного резонанса, экви" валентное повышению разрешающей способности спектрометра и чувствительности регистрации малоинформативного $() сигнала. Кроме того, предлагаемая конструкция спектрометра позволяет производить.регистрацию спектра ДЭЯР. формула изобретения

1. Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), заключающийся в наложении на электронные спиновые магнитные моменты исследуемого образца внешнего магнитного поля, мощности сверхвысокой частоты(СВЧ) и регистрации изменения мощности СВЧ при изменении магнитного поля, о т л и ч а ю,шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности при регистрации спектров ЭПР, систему электронных спиновых магнитных

/ моментов образца насыщают при заданном значении магнитного поля, подводят дополнительное радиочастотное возбуждение, частоту, мощность и направление вектора магнитной компоненты которого .относительно направления внешнего магнитного поля изменяют до установления минимального поглощения мощности СВЧ, а затем производят реги с т рацию си ек тра Э ПР.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее блок получения магнитного поля в месте расположения исследуемого образца, блок развертки магнитного поля, источник мощности СВЧ с измерительным резонатором, в котором помещен образец, и систему регистрации изменения мощности СВЧ при изменении внешнего магнитного поля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен генератор радиочастотного возбуждения, связанный с измерительным резонатором через устройство изменения частоты, мощности и угла между направлением вектора магнитного ноля радиочастотного возбуждения и направлением внешнего магнитного поля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Пул Ч. Техника ЭПР-спектроскопии. М., Мир, 1970, ° с. 341-364.

2. Там же, с. 226-231 (прототип).

851216

Составитель В. Майораин

Техреду.Маточка КорректорМ. Демчик

"Редан тор И. Михеева

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4,Заказ 6341/60 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтий

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