Датчик магнитного резонанса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК з(59 6 01 Я 24/08 ния, -,ИЗО СТ и АН Каза индукц963, с.ма гнети1963, с м. М., 6 - 87 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Институт ядерной физской ССР(54) (57) ДА нанса, соле с исследуемь тем, что, с ц ности при и веществ, в п таллический метром, ме приемной кат слоя веществ мешено в заз ром. ТЧИК МАГНИТНОГО РЕЗО- ржащий приемную катушку 1 м веществом, от.ги чавщи йся елью увеличения чувствительсследовании малых количеств риемную катушку помещен медиамагнитный цилиндр с диаьшим внутреннего диаметра ушки на толщину исследуемого а, а исследуемое вещество поор между катушкой и цилинд5 10 15 20 25 ЭО 35 40 45 чика БлоКа - коэффициент заполнения определяется как отношение объема образца к объему катушки. Произведение величины добротности на коэффициент заполнения называется коэффициентом качества. При работе с веществами, имеющими слабые интенсивности А 8 Ч", Мв, Сц, стараются изготовить приемную катушку с максимально возможным коэффициентом качества 2.В ряде случаев работы с металлическими образцами, объем исследуемого образца ограничен объективными причинами, например, высокой наведенной, радиоактивностью,50 55 Изобретение относится к технике магнитного резонанса и может быть использовано при исследовании малых количеств веществВ настоящее время метод магнитного резонанса нашел широкое применение при различных исследованиях в химии, биологии, медицине, физике. В частности, метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) применяется при исследовании электронной структуры дефектов в металлах, сплавах, а также в облученных металлах. Применение метода ЯМР в металлах затруднено в связи с тем, что величина сигнала ЯМР от металлов на несколько порядков меньше сигнала от протонов в одинаковом магнитном поле. При исследовании металлов применяются два вида образцов: массивные, например, цилиндры, пластины, фольги, проволочки и порошкообразные. Наличие скин-слоя при работе с металлами осложняет работу тем, что искажает регистрируемую форму линии и не позволяет наблюдать сигнал от всего объема массивного образца, т. е. регистрируется поверхность с толщиной, равной глубине скин-слоя. При применении сплошных образцов фактически болыная часть образца не нужна. Используя образцы в виде порошка с размером, равным скин-слою, удается регистрировать сигнал от большого количества образца с хорошим отношением сигнала к шуму.В технике ЯМР известны различные конструкции датчиков сигнала ядерного магнитного резонанса, например; датчик Блока, Ролмена, мостовой датчик, автодинный датчик 11.Общим признаком для всех датчиков ЯМР является наличие приемной катушки, в которой помещено исследуемое вещество, в частности, металлический порошок.Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик магнитного резонанса, содержащий приемную катушку с исследуемым веществом. При использовании такого датчика сигнал ЯМР пропорционален величине внешнего магнитного поля, добротности приемной катушки, коэффициенту заполнения. Под коэффициентом заполнения понимают отношение объема образца в высокочастотном (ВЧ) поле к общему объему поля. В случае датбольшой стоимостью сверхчистых металлови т. д. При регистрации сигналов ЯМР отметаллов в современных спектрометрах нажелезных магнитах приходится работать начастотах 15 - 20 МГц, а при применениисверхпроводящих магнитов на частотах 50 -60 МГц. На эти частоты удается изготовить приемную катушку с приемлемым коэффициентом качества на внутренний объем150 мм и больше. Дальнейшее уменьшениеоб ьема приводит к резкому уменьшениюкоэффициента качества, а следовательно,и чувствительности датчиков,Цель изобретения - увеличение чувствительности при исследовании малых количеств веществ.Указанная цель достигается тем, что вдатчике сигнала магнитного резонанса, содержащем приемную катушку с исследуемым веществом, в приемную катушку помещен металлический диамагнитный цилиндр с диаметром, меньшим внутреннегодиаметра приемной катушки на толщинуисследуемого слоя вещества, а исследуемоевещество помещено в зазор между цилиндром и катушкой,На чертеже схематически изображендатчик магнитного резонанса,Устройство состоит из металлического. диамагнитного цилиндра 1, слоя исследуемого вещества 2, приемной катушки 3, Стрелками обозначено распределение ВЧ поляв катушке. Если в катушку не помещатьметаллический цилиндр, то ВЧ поле заполнит весь внутренний объем. При помещении металлического диамагнитного цилиндра происходит вытеснение ВЧ поля в зазормежду поверхностью цилиндра и катушки.Таким образом, большая часть ВЧ полясосредоточена в зазоре между поверхностьюцилиндра и внутренней поверхностью приемной катушки. Изменяя отношение площади сечения цилиндра к площади сечениякатушки, можно изменять величину объема,в котором сосредоточено ВЧ поле, Если вэтот объем, в котором сосредоточено ВЧполе, поместить исследуемое вещество, вчастности металлический порошок, то привыполнении условий магнитного резонансамы зарегистрируем сигнал ЯМР от этогоколичества вещества. Вместо порошка можно напылить в вакууме или нанести гальваническим путем слой исследуемого металлатолщиной, равной толщине скин-слоя. Вэтом случае коэффициент заполнения возрастает и равен отношению объема образца к объему, образованному внутреннейповерхностью катушки и поверхностью цилиндра. Причем коэффициент заполненияпропорционален отношению площадя сечения цилиндра к площади сечения катушки,Датчик работает следующим образом.Металлический диамагнитный цилиндр1 с диаметром, меньшим диаметра катушки,, 1104402 Составитель В. МайоршинТехред И. Верес Корректор А. ИльинТираж 823 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор А. Шандор Заказ 5025/30 изготавливается из электролитической меди и имеет полированную поверхность. На липкую ленту фирмы Скотч равномерно насыпают алюминиевый порошок, затем лента накрывается вторым слоем ленты. Таким образом, получается тонкий слой исследуемого вещества 2, которым оборачивается медный цилиндр. Приемная катушка 3 авто- дина имеет внутренний диаметр 13 мм, Изготовлена из серебряной проволоки и имеет внутреннюю намотку с целью увеличения коэффициента заполнения. Регистрируется порошок чистого 99,99 о/о-ного отожженного алюминия. Медный цилиндр 1 с исследуемым слоем вещества 2 плотно вставляется в приемную катушку 3. Масса измеряемого вещества определяется взвешиванием пленки с порошком и без порошка. Замечено, что с одним и тем же количеством вещества с увеличением или уменьшением диаметра цилиндра величина сигнала ЯМР уменьшается или увеличивается соответственно. Существенным требованием является то, что цилиндр должен быть изготовлен из другого металла, так как от него тоже наблюдается сигнал ЯМР.При измерении20 мг порошка алюминия, на частоте 15 МГц при ширине развертки 40 Гс, времени прохождения 100 с, постоянной времени 0,5 с, амплитуде модуляции магнитного поля 1 Гс, при комнат ной температуре отношение сигнала к шумуравняется 30 при девятикратном накоплении сигнала. Таким образом, датчик магнитного резонанса позволяет зарегистрировать сигнал ЯМР от малого количества исследуемого вещества с удовлетворительным отношением сигнала к шуму, т. е. увеличить чувствительность спектрометра при исследовании малых количеств веществ.