Спектрометр электронного парамагнитного резонанса с высокочастотной модуляцией

 

Союз Советсиии

Социалист ичесиии республик

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Доволнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27. 10. 80 (21) 2997580/18-25 (51)M. Кд. с присоединением заявки М

G 01 И 24/10

Госудерстеееиый канитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 538.69 ° .083.2(088.8) Опубликовано 15..06. 82. Бюллетень М 22

Дата онубликования оянсания 15.06.82

И.З. Рутковский, В.Ф. Стельмах, Л. В.Цвирко и А. С. Якубов (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.H,Ñåâ÷åíêî и Белорусский ордена Трудового.

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (7! ) Заявители (54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО

РЕЗОНАНСА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонан" са (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении 3llP-спектрометров.

Известны спектрометры ЭПР, в которых индикация спектров парамагнитного резонанса. осуществляется иа постоянном токе или же на звуковой частоте )1). Однако эти спектрометры .не имеют высокой чувствительности, так как она ограничена низкочастотными шумами кристаллического детектора, а также не имеют возможности исследовать

ts кинетические процессы в веществах с короткими временами релаксации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вляется

20 спектрометр, содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок

СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми ог модулятора магнитного поля. Высшая частота модуляции магнитного поля этого спектрометра составляет 100 кГц. Он обладает максимальной чувствительностью при измерениях с высокодобротным измерительным резонатором 12). (Однако при увеличении частоты модуляции магнитного поля при исследовании кинетических явлений в многокомпонентных парамагнитных веществах с различнымй временами релаксации появляются амплитудные и фазовые искажения сигнала ЭПР, так как измерительный резонатор является фильтром с полосой частот, определяемой добротностью резонатора. При увеличении частоты модуляции магнитного поля необходимо снижать добротность измерительного резонатора, что приводит к снижению чувствительности спектрометра в целом.

93576

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей: спектрометра ЭПР путем увеличения диапазона частот модуляции магнитного поля. S

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометр ЭПР, содержа. щий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок СВЧ-излучения и из- fo мерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми от модулятора магнитного поля, дополнительно введены второй модулятор магнитного поля, подключенный к измерительному iS резонатору с элементами модуляции, и синтезатор разностной частоты,: входы которого соединены со вторыми выходами первого и второго модуляторов магнитного поля, а его выход подключен к синхронному детектору.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого спектрометра.

Спектрометр содержит модулятор 1 ,магнитного поля с частотой f„, модулятор 2 магнитного поля с частотой

Г, измерительный резонатор 3 с элементами модуляции, блок СВЧ 4, усили" тель сигнала ЭПР 5, синхронный детектор 6, синтезатор 7 разностной частоты, например, на основе извест-. ного смесителя двух частот. Модулятор соединен с элементами модуляции измерительного резонатора 3, а также с одним из входов синтезатора 7 разностной частоты. Модулятор 2 аналогично связан со вторым входом синте" затора 7 и элементами модуляции резонатора 3. Выход синтезатора 7 подключен к опорному входу синхронного детектора 6, а к сигнальному входу ао синхронного детектора 6 подключен вы" ход усилителя сигнала ЭПР 5. Вход блока СВЧ 4 соединен с измерительным резонатором 3, а выход - с входом усилителя сигнала ЭПР 5.

Спектрометр работает следующим образом.

В месте расположения исследуемого образца в измерительном резонаторе с помощью элементов модуляции, на которь е подается модулирующее напряжение от модуляторов 1 и 2,.осуществ" ляется малая модуляция магнитного поля около его резонансного значения одновременно на двух частотах f< и SS

fg. Мощность СВЧ, отражающаяся от измерительного резонатора ) и несущая информацию о сигнале ЭПР, будет по1 4 этому также промодулирована. Наличие парамагнитного образца в измерительном резонаторе приводит к модуляции мощности СВЧ на частотах, f< f23 и (f< - fg). Однако поскольку частоты модуляторов и К2 высоки т ° e.

2 1 q т где Г - частота СВЧ, g - добротность измерительного резонатора, и одновре F менно (f< — f>)C —; та парне преобразования блоком СВЧ 4 к усилителю сигнала ЭПР 5 поступает неискаженный сигнал на частоте f< - f . После усиления на этой частоте сигнал поступает на вход синхронного детектос ра 6. Одновременно на опорный вход детектора 6 поступает сигнал разностной частоты, сформированный в синтезаторе 7 из частот f и f модуляторов 1 и 2, благодаря чему осуществляется неискаженная регистрация сигнала ЭПР от образца, который подвергается воздействию;высокочастотной модуляции.

Следовательно, выбирая высокие частоты модуляторов таким образом, чтобы их разность была в полосе частот измерительного резонатора, в предлагаемом спектрометре в отличие от известного достигается увеличение частоты модуляции магнитного поля без понижения добротности измерительного резонатора, что обеспечивает неискаженную и высокочувствительную регистрацию спектров ЗПР в обьектах с парамагнитными центрами с короткими временами релаксации.

Формула изобретения

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса с высокочастотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные синхронный детек тор, усилитель сигнала ЭПР, блок .

СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми от модулятора магнитного поля, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения диапазона частот модуляции, в него дополнительно введены второй модулятор магнитного поля, подключенный к измерительному резонатору с элеменСоставитель В. Крутских

Техред А. Ач Корректор Г.Огар

Редактор M.Ïåòðîâà

Заказ 4197/43 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

5 9 тами модуляции, и синтезатор разностной. частоты, входы которого соединены со вторыми выходами первого и второго модуляторов магнитного поля, а его выход подключен к синхронному детектору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

35761 6

1. Альтшулер С.А., Козырев Б.И.

Электронный парамагнитный резонанс °

И., "Наука", 1972, с. 47.

2. Проспект фирмы Varian" "E-Line

Century Series 9,5 ЯЬ,ЕРЙSystems"

:MAG 1977 А, Printed in USA 6 M 776

{прототип) .