Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса (вариант)

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

А|19 1 8829 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 010880 (21) 2967568/18-25 (51) М. Кп. с присоединением заявки ¹

G 01 N 24/08 (23) Приоритет.

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 07,04.82, Бюллетень № 13 (33) УДК538.113 (088. 8) Дата опубликования описания 070482

Л.Г.Оранский, В.И.Курочкин, A.М;Н и A.A.Äóáéíñêèé (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Специальное конструкторско-технол кого физико-техниЧеского институте AH 7краияемай„,+CP (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОННОГО

ПАРАМАГНИТНОГО РЕЭОНАНСА (ВАРИАНТЫ) Известен способ регистрации спектров ядерного магнитного резонанса 10 (ЯМР). Согласно этому снособу осуществляют стабилизацию магнитного поля Но, что дает возможность стабили- зировать отношение т/Но (где уо частота колебания СВЧ генератора), т.е. стабилизировать резонансные условия путем осуществления отрицательной обратной связи по первой производной сигнала ЭПР исследуемого образца. При отклонении Фо или Но от резонансного значения на выходе цепи обратной связи появляется сигнал ошибки, который так корректирует ток электромагнита, чтобы отношение 4О/НО сохранялось постоянным. При этом стабилизацию резонансных условий осуществляют по первой производной сигнала ЭПР, а регистрируют пик второй производной (1).

Недостатком данного способа является невозможность осуществления разИзобретение относится к технике радиоспектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и конкретно может быть использовано для стабилизации резонансных условий по исследуемому образцу при записи электронов ЭПР. вертки магнитного поля при стабилизации резонансных условий, т.е. регистрации спектров ЭПР, так как при стабилизации резонансных условий данный способ позволяет наблюдать лишь одну точку спектра ЭПР, не обеспечивая регистрации всего спектра ЭПР.

Из известных способов регистрации спектров ЭПР наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ регистрации спектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего поля для получения резонансных условий на исследуемом образце.

По известному способу осуществляют стабилизацию резонансных условий путем осуществления отрицательной об ратной связи rro первой -производной сигнала ЭПР эталонного образца, помещенного в дополнительный датчик сигнала ЭПР.

1 Сигнал ЭПР от эталонного образца усиливают и после обработки подают

918829 в стабилизатор тока магнитной системы спектрометра, обеспечивая отрицательную обратную связь по отклонению от условий резонанса.

Для развертки магнитного поля вводят вспомогательную магнитную систему или обмотку, действующую только на датчик ЭПР с эталонным образцом.

Сигнал развертки подают на вход стабилизатора тока вспомогательной 10 магнитной системы, которая создает магнитное поле (развертки) в области датчика эталонного образца, вызывая изменение его выходного напряжения. Это напряжение через цепь обратной связи подают на вход стабилизатора тока основной магнитной системы в такой полярности, что результирующее изменение поля на эталонном образце равно нулю. Так как поле основной магнитной системы действует на оба датчика ЭПР, а поле вспомогательной системы действует только на эталонный датчик, то при этом происходит развертка магнитного поля, действующего на основной датчик ЭПР. Для более надежной работы устройства сигнал развертки одновременно подают также на вход стабилизатора тока основной магнитной системы. При этом сигнал развертки компенсирует сигнал рассогласования поступающий через цепь обратной связи,2 „ .

Недостатком известного способа является необходимость размещения в однородном магнитном поле не только 35 датчика ЭПР с исследуемым образцом,. но и вспомогательного датчика ЭПР с эталонным образцом, а также необходимость локального изменения магнитного поля на одном из датчиков ЭПР. 4()

В результате требуется применять магнитные системы с увеличением объемов однородности магнитного поля, что резко увеличивает вес и стоимость магнитных систем. 45

Известный способ практически непри меним в спектрометрах ЭПР, в которых магнитное поле создается с помощью сверхпроводящих магнитных систем, так как такие системы не содержат ферромагнитного сердечника, и поэтому практически невозможно изменять поле на эталонном образце без нарущения величины и однородности поля на исследуемом образце.

Целью изобретения является повышение точности регистрации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации спектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляриэующего магнитного поля от резонансного, производят развертку по- б5 ляриэующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, модулируют поляриэующее магнитное поле периодическими импульсами и осуществляют стабилизацию резонансного значения поляризующего магнитного поля на исследуемом образце при нулевых значениях амплитуды периодических импуль-. сов.

1 I

В другом варианте достижения поставленной цели в известном способе регистрации спектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на иссле- . дуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, производят стабилизацию резонансного значения поляризующего магнитного поля на исследуемом образце по сигналу ЭПР эталонного образца, расположенного в том же датчике, что и исследуемый образец, модулируют поляриэующее магнитное поле периодическими прямоугольными импульсами, в пазах между которыми значение поляризующего магнитного поля равно значению резонансного поля для эталонного образца.

На фиг.1 представлены эффект ЭПР и изменение развертки поляризующего магнитного поля при модуляции ее периодическими прямоугольными импульсами; на фиг.2 — пример стабилизации резонансных условий по эталонному образцу; на фиг.З вЂ” вариант схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают значение поляризующего магнитного поля Но (фиг.1), соответствующее максимуму линии поглощения ЭПР. Для регистрации всей линии поглощения ЭПР поляризующее магнитное поле разворачивают во времени так, чтобы амплитуда развертки была достаточна для регистрации всей линии ЭПР. Поскольку информацию об отклонении от резонансных условий получают при нулевом значении поля раэвертки, последнее модулируют периодическими прямоугольными импульсами так, что поле развертки периодически принимает нулевое значение. Таким образом, в интервале времени получают сигналы ЭПР исследуемого образца, а в интервале t -t„- сигнал отклонения от реэонанснйх условий. Сигнал отклонения от резонансных условий и сигнал ЭПР исследуемого образца имеют вид прямоугольных

918829 импульсов, следующих друг за другом.

Эатем эти импульсы разделяют коммутатором, управляемым от генератора прямоугольных импульсов, сглаживают фильтром низк их частот и подают сигнал отклонения от резонансных усло- 5 вий через цепь отрицательной обратной связи на вход стабилизированно-, го источника питания магнитной сис- темы, компенсируя таким образом дрейф резонансных условий, а сигнал ЭПР - )О на регистрирующий прибор, развертка которого сопряжена с разверткой поляризирующего магнитного поля. Таким образам, предлагаемый способ позволяет осуцествлять стабилизацию ре- )g зонансных условий по исследуемому образцу при регистрации спектра ЭПР.

Если спектр исследуемого образца иэ-за малой интенсивности или по каким-либо другим причинам не подходят 0 для осуществления стабилизации резонансных условий, то стабилизацию можно.осуцествлять по спектру эталонного образца, помещаемого в тот же датчик ЭПР, что и исследуемый образец.

При этом в паузах между импульсами (интервал времени t< - л на фиг.2), устанавливают значение магнитного поля, соответствующее линии ЭПР эталонного образца.

Устройство включает СВЧ генератора 1, источник поляризующего магнитного поля Н, состоящий иэ сверхпроводящего (с.п.) соленоида 2 и стабилизированного источника 3 тока, резонатор 4 с парамагнитным образцом, ге-З нератор 5 развертки магнитного поля, генератор б прямоугольных импульсов, задатчик 7 напряжения,ком- .мутирующее устройство 8, модулятор 9 с катушкой 10, блок 11 усиле- 40 ния и фазового детектирования сигнала, коммутируюцее устройство 12, фильтры 13 и 14 низких частот (ФНЧ), цепь 15 отрицательной обратной связи (ООС) и регистрирующее устройст- 45 во (двухкоординатный самописец) 16.

Использование предлагаемого способа в спектрометре ЭПР 2-миллиметрового диапазона со сверхпроводяцей магнитной системой позволяет осуцествлять стабилизацию резонансных условий в процессе записи спектра "->ПР исследуемого образца без применения дополнительного датчика ЭПР. Благодаря этому в 4-5 раз сокращаЮтся необходимые размеры. однородной области магнитного поля. Это, в свою очередь, минимум в 10 раз сокращает объем и

Резонатор 4 помещен в магнитное поле с.п. соленоида 2 и соединен с

СВЧ генератором 1 и блоком 11 уси» ления и фазового детектирования сигнала, который соединен через коммутирующее устройство 12 с ФНЧ 13 и 14.

Коммутирующее устройство управляется прямоугольными импульсами от генератора б. Фильтр 14 соединен с самописцем 16, горизонтальная развертка которого осуцествляется от генератора 5. Фильтр 13 через цепь 15

OOC подключен к стабилизированному источнику 3 тока соленоида 2. Вход модулятора 9 катушки 10 через коммутирующее устройство 8 периодически подключается к задатчику 7 напряжения или к генератору 5 развертки.

Квммутирующее устройство 8 управляется прямсугольными импульсами от генератора б.

Устройство работает следующим образом.

Детектирование сигнала ЭПР осуществляется методом. высокочастотной (в.ч.) модуляции магнитного поля (на фиг.3. в.ч. модулятор не показан).

В моменты времени t -t< коммутирующие устройства 8 и 12 нахЬдятся в положении A на модулятор 9 поступает сигнал развертки поляризующего ° магнитного поля с генератора 5 развертки, а сигнал .с выхода блока 11 усиления и фазового детектирования сигнала. через фильтр 14 поступает на самописец 16. В периодически следуюцие друг за другом промежутки времени t -t на вход фильтра 14 поступают прямоугольные импульсы, среднее значение которых пропорционально первой производной линии ЭПР. Среднее значение импульсов выделяется ФНЧ 14 и регистрируется самописцем 16. В моменты времени tg-t„ коммутирующие устройства 8 и 12 находятся в положении Б и на модулятор 9 поступает напряжение с задатчика 7 напряжения.

При стабилизации резонансных условий по исследуемому образцу это напряжение равно нулю, а при стабилизации по эталонному образцу это напряжение выбирается таким, чтобы в эти моменты времени магнитное поле соответствовало центру линки эталонного о6разца. Таким образом, в интервалах времени t<-t« на вход фильтра 13 поступают прямоугольные импульсы напряжения, амплитуда которы пропорциональна первой производной сигнала

ЭПР в окрестности ц нтра линии ЭПР эталонного образца. Среднее значение этих импульсов пропорционально отклонению резонансных условий от центра линии ЭПР, так как значение первой производной пропорционально отклонению от центра линии ЭПР, если отклонения не велики. Это среднее значение выделяется ФНЧ 13 и через цепь 15 OOC подается на в>од ".òàáèлизированного источника 3 тока так, что отклонение от центра линии уменьшается, т.е. осуцествляется OOC no отклонению от услсвий резонанса.

918829

Формула изобретения

Но нр стоимость сверхпроводящей магнитной системы.

Кроме того, предлагаемый способ может быть применен для стабилизации резонансных условий не только в области ЭПР, но и при регистрации лю- 5 бых функциональных зависимостей, где возможен неконтролируемый дрейф развертываемого аргумента физической величины.

1. Способ регистрации спектров электрснного парамагнитного резонан- 5 са, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляриэующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резснансных условий на исследуемом образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ре25 гистрацни, модулируют поляризующее магнитное поле периодическими импульсами и осуществляют стабилизацию резонансного значения поляризующего ь агнитного поля на исследуемом образ- 30 це при нулевых .=чачениях амплитуды периодических импульсов.

2. Способ регистрации спектров электронного парамагнитногс резонанса (ЭПР), при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной castзи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, производят стабилизацию резонансного значения поляризуюцего магнитного поля на исследуемом образце по сигналу ЭПР эталонного образца, расположенного в том. же датчике, что и исследуемый образец, модулируют поляризующее магнитное поле периодическими прямоугольными импульсами, в паузах между которыми значение поляризующего маг нитного поля равно значению резонансного образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Семенов A.Ã. и др. Стабилизация поля электромагнита спектрометра РЭ-1301 пс сигналу ЭПР изучаемого образца. — "Приборы и техника эксперимента", 1965, 9 2, 130-133.

2. Авторское свидетельство СССР

9 395761,кл.С 01 N 27/78,1971(прототип) °

918829

Составитель В.Покатилов

Редактор Л.Лукач Техред М. Надь Корректор О. Билак

Заказ 2128/26 Тираж 883 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