Радиоспектрометр ядерного магнитного резонанса

ОЛИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советсиик Социапистическик Республик.0 5.7 С 0 1 И 2 7 / 7 8 с присоединением за осударственный комитет СССР но делам изобретений и открытий.Л,Клейма дена Трудового Красного Знамени .специальнонструкторское бюро аналитическогоприборостроения АН СССР 71) Заявитель( 54) РАДИОСПЕКТРОМЕТР ЯДЕРНОГО МАГНИТНО РЕЗОНАТОРА15 Изобретение относится к радиоспектроскопии, в частности к радиоспектрометрам широких линий.Известны радиоспектрометры широкихлиний ряда зарубежных фирм. Фирма"Чаг 1 апн (СИА) выпускает модели типаИ 1,-9 и Х 1,-100, Фирма "Вгц)сегн (ФРГ)модели типа ЯХТ,3-31 1), 2).Известны так же радиоспектрометрытипа РЯ 2301. и РЯ 2304.Стабилизация и развертка магнитного поля осуществляется в одних приборах при помощи датчика Холла, вдругих для этой цели. служит потоковый стабилизатор и, наконец, в РЯ2304 и ЯХТ,Эиспользуется стабилизация по сигналу ядерного магнитногорезонанса, а развертка осуществляется при помощи тока, протекающегопо катушкам, охватывающим датчикядерной стабилизации,Как известно, параметры магнитного поля в основном зависят от видадатчика, величины напряженности, Так,например, в приборах серии ЯХТ,Э используется датчик Холла и поэтомувоспроизводимость развертки недостаточна для регистрации и накоплениясигналов, имеющих относительную ширину 10 - 1030 В приборах фирмы н 1 аг 1 ап" длительная стабильность поля также невелика. Более высокая стабильность и, следовательно, воспроизводимость спектров может быть получена с помощью ЯМР-дат чика.Известен отечественный радиоспектрометр типа РЯ 2304, имеющий ЯМР-стабилизацию резонансных условий 3. Этот радиоспектрометр содержит электромагнит, основной датчик, систему регистрации сигналов ЯМР, датчик ядерной стабилизации с катушками разверток, систему развертки магнитного поля, с входящими в нее усилителем высокой частоты, усилителем низкой частоты, усилителем постоянного тока, генератором высокой частоты и схемой развертки тока, Развертка магнитного поля производится в этом приборе током, протекающим по катушкам, охватывающим образец датчика ядерной стабилизации.Однако, помимо уменьшения стабильности резонансных условий (и, следовательно, воспроизводимости спектров на концах диапазонов развертки), связанного с ухудшением однородности магнитного поля в зоне вспомогательного образца, развертка ограничена недостаточной величиной коэффициента усиления схемы стабилизациирезонансных условий и не превышает50 Э.Иежду тем, на современном этаперазвития общей и неорганической химиивозникла потребность н резком повышении точности информации, Требуетсяобеспечить воспроизнодимость резонансных условий с точностью до1 10/ч при амплитудах разверткидо:Е 500 Э.Коэффициент усиления схемы развертки в РЯ 2304 составляет приблизительно 70 дб (3000) .Иежду тем, при ширине линии образ 15ца датчика ядерной стабилизации 6080 Гц по частоте протонов и амплиту.де развертки +500 Э (2,12 мГц попротонам) коэффициент усиления системы развертки должен быть равенприбпизительно 100000. 20Оцнако получить такой коэффициентусиления в РЯ 304 не возможно из-запотери устойчивости, связанной сналичием инерционных звеньев,в частности усилителя низкой частоты с 25синхронным детектором, имеющим постоянную времени несколько сотыхсекунды и датчика ядерной стабилизации, постоянная времени которогоопределяется временем релаксации 30образца,Минимальная величина времени ре-,лаксации составляет 1-2 тысячныхсекунды.Дальнейшее расширение линии стабилизации (уменьшения времени релаксации) недопустимо, так как оноприведет к чрезмерному ухудшениюкратковременной стабильности, связанному с понижением отношения 40сигнал/шум сигнала стабилизации.Кроме того недостатками данногорадиоспектрометра является максимальная развертка с ядерной стабилизацией, которая не превышает+50 Э.и предельная стабильность, котораяи средней, части диапазона не,превышает 1 10 /г и на концах диапазона -1 10-11Целью изобретения является обеспечение устойчивости системы приувеличении диапазона развертки.Достигается это тем, что в схему радиоспектрометра введена цепьотрицательной обратной связи, включающая в себя управляемый генератор 55высокой частоты и охватывающая инерционные звенья системы разверткимагнитного поля, причем вход управляемого генератора соединен с выходом усилителя низкой частоты, а ныход подключен к датчику ядернойстабилизации резонансных условий.Для гого, чтобы обеспечить устойчивость системы при коэффициентеусиления, достигающем 100 дб (10 ), 65 в Гадиоспектрометр введен управляющий генератор высокой частоты, являющийся практически безинерционным 1звеном (постоянная времени генератора равна нескольким стотысячнымсекунды) .Генератор включен между выходомусилителя низкой частоты и датчиком. Охват инерционных звеньев системы безинерционной обратной связью,позволил поднять коэффициент усиления до 100 дб.На чертеже дана схема предлагаемого радиоспектрометра.Радиоспектрометр ядерного магнитного резонанса содержит электромагнит 1, основной датчик 2, систему 3регистрации сигналов ЯИР, датчикядерной стабилизации 4, систему 5разверток магнитного поля с входящими н нее узлами - усилителем высокой частоты б, усилителем низкойчастоты 7, усилителем постоянноготока 8, управляемым генераторомвысокой частоты 9, включающим упранляемый кварцевый генератор 10 и синтезатор частоты 11, схему разверткичастоты 12,Радиоспектрометр работает следующим образом. После включенияприбора и установки в синтезаторечастоты 11 требуемого значениячастоты, а н электромагните 1 соответствующего значения напряженности,подключаются катушки, установленныена полюсах электромагнита 1 к выходу усилителя постоянного тока 8.Развертка магнитного поля осуществляется изменением резонансныхусловий н датчике ядерной стабилизации свипированием частоты синтезатора 11 сигналом.от схемы разверткичастоты 12,Изменение частоты переменногоэлектромагнитного поля, сопровождается появлением сигнала ЯИР, которыйпосле соотнетствующего усиления ипреобразования узлами б, 7 и 8 разно,рачинает магнитное поле.Одновременно сигнал поступает свыхода усилителя низкой частоты навход управляемого генератора высокойчастоты 9. В результате, датчик 4и усилитель низкой частоты 7, являющиеся инерционными звеньями системы,оказываются охваченными отрицательной обратной снязью через практически безинерционное звено - управляе-,мый генератор.Введение этой связи позволяетповысить коэффициент усиления системыдо 100 дб, обеспечив достаточный запас устойчивости,Предлагаемый радиоспектрометр позволяет производить развертку магнитного поля в диапазоне 1500 Э с использованием ядерной стабилизацииоезонансных условий, что дает воз699414 Формула изобретения Подписно раж 1073 ИИПИ Заказ 7214 илиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проект мжность определять положения спектральных линий с точностью до 1 Гц (попротонному или фторному резонансу) вовсем диапазоне развертки. Кроме тогоупрощается поиск сигналов низкой интенсивности за счет точного выставления резонансных условий, соответствующих ядрам, которые являются источниками этих сигналов; облегчается подбор оптимальных условий; для регистрации, так как сигнал остается наодном и том же месте диаграммы самописца при повторении записей скольугодно долго; накопление спектровможет производиться в течение длительного времени, лимитируемого толькообъемом памяти накопителя, так каквоспроизводимость спектров обеспечивается с точностью до 10в течениенескольких часов,Радиоспектрометр ядерного магнитногорезонатора для исследования широких линий, содержащий электромагнит, систему регистрации сигналов 25 ядерного магнитного резонанса, подключенную к системе развертки магнитного поля, включающей последовательно соединенные усилитель высокой частоты, ко входу которого подключен 30 датчик ядерной стабилизации резонансных условий, усилитель низкой частотыи усилитель постоянного тока, выходкоторого подключен к обмотке электромагнита, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью обеспечения устойчивости системы при увеличении диапазона развертки, в схему радиоспектроМетра введена цепь отрицательной обратной связи, включающая в себя управляемый генератор высокой частотыи охватывающая инерционные звеньясистемы развертки магнитного поля,причем вход управляемого генераторасоединен с выходом усилителя низкойчастоты, а выход подключен к датчикуядерной стабилизации резонансныхусловий. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Спектрометр ЯМР широких линийЯХ 2 З, фирмы "Вгц)сег" (ФРГ), Рекламныйпроспект и техническое описание прибора.2. Спектрометр ЯМР ДА-бО фирмы"Чаг 1 ап" (США), Рекламный проспекти техническое описание прибора.3. Радиоспектрометр широких линий РЯ 2304. Техническое описаниеи инструкция по эксплуатации (прототип),