Способ модуляционно-фазовой регистрации сигналов эпр

ОЮЗ СО 8 ЕТСНИ ОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 7264 1)4 С 01 И 24/О ЕНИ и" пии ОИ Р оСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК А 8 ТОРСКОМУ СВИДЕ"ГЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к технческой физике и может быть испольвано при разработке аппаратуры дл исследований веществ методами ЭПР иДЭЯР. Цель изобретения - повышениечувствительности и расширение диапа"зона измеряемых релаксационных параметров. Исследуемый образец размещаютв двухчастотном резонаторе 4 СВЧ проходного типа. Частоту модуляции магнитного поля задают равной разностимежду частотами мод колебаний реэойа"тора 4, На образец 5 воздействуютСВЧ-полем генератора 3 на частотепервой моды колебаний резонатора 4.Сигнал ЭПР измеряют по сигналу индукции на частоте второй моды резонатора4 и детектором осуществляют его фаэо-.вое детектирование относительно ча-,стоты СВЧ-поля генератора 3. 3 ил.Изобретение относится к технической физике и может быть использованопри разработке спектрометрической аппаратуры для исследований парамагнит 5ных веществ методами электронного парамагнитного резонанса (ЗПР) и двойного электронно-ядерного резонанса(ДЭЯР).Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазонаизмеряемых релаксационных параметров.На фиг1 представлена блок-схемаустройства для модуляционно-фаэовойрегистрации сигналов ЭПР, реалиэующего предлагаемый способ на фиг.2 -вариант конструкции бимодальногодвухчастотного СВЧ-резонатора проходо оного типа; на фиг.3 - 0 - и 90 -компоненты сигнала ЗПР образца ДФПГ, измеренные по предлагаемому способу начастоте модуляции 100 МГц.устройство для модуляционно-фазовой регистрации сигналов ЭПР содержит электромагнит 1 с блоком 2 управления, СВЧ-генератор 3, соединенныйс входом измерительного резонатора 4проходного типа с исследуемым образцом 5, СВЧ-детектор 6, первый вход которого подключен к выходу измерительного резонатора 4, а второй через направленный ответвитель 7 - к выходуСВЧ-генератора 3, модулятор 8 магнитногополя с катушками 9 модуляции,,На выходе СВЧ-детектора 6 включенсинхронный детектор 1 О, опорный входокоторого через 90 -фаэовращатель 11подключен к второму выходу модулятора 8.Регистрация сигналов ЭПР осуществляется следующим образом,Как и в известном способе релаксационные параметры парамагнитных веществ измеряются модуляционно-фазовымметодом. Поляриэующее магнитное полев месте расположения образца 5 модулируется с частотой Я , близкой к обратному значению времени Т релаксацииисследуемого образца 5. В сигнале ЭПРна частоте модуляции возникает фазовая задержка б Ч, величина которойпропорциональна времени релаксации(1 дЯ Т), Величина задержки деопределяется из 90 -компоненты сигнала ЭПР.Источником поляриэующего магнитного поля является электромагнит 1.Величина поляризующего магнитного поля регулируется блоком 2 управления и модулируется с помощью катушек 9модуляции, подключенных на выход модулятора 8. На втором выходе модулятора 8 формируется опорный сигнал,который поступает на опорный входосинхронного детектора 1 О через 90 -фазовращатель 11.При выполнении условия резочансаи)-. Н, где-гиромагнитное отношение;Н - величина поляризующего магнитного поля; с 3 - частота СВЧ, происходитпоглощение и одновременное излучениеСВЧ-мощности образцов 5, т.е. наблюдается сигнал поглощения и сигналмагнитной индукции ЭПР, Интенсивности сигналов поглощения и индукциипримерно равны, поскольку равны вероятности вынужденных квантовых переходов электронов с поглощением и испус"канием энергии.В предлагаемом способе сигнал ЗПРрегистрируется индукционным методом.При воздействии на исследуемый образец 5 поляриэующего и сверхвысокочастотного магнитных полей измеряетсяСВЧ-мощность, излучаемая образцом 5в момент резонанса.Исследуемый.парамагнитный образецразмещается в двухчастотном СВЧ-резонаторе проходного типа (фиг,2). В резонаторе могут одновременно существовать две моды СВЧ-колебаний - типаН с частотой О) и типа Нщ счастотой 4, которые являются независимыми из-.за взаимной ортогональностии разности в частотах колебаний(ии). Исследуемый образец 5 размещается в полости резонатора 4 вмаксимуме магнитной компоненты СВЧполя каждой из мод колебаний.Сверхвысокочастотное магнитное поле, воздействующее на исследуемый образец 5, возбуждается в измерительном резонаторе 4 на частоте и 5 первоймоды колебаний. СВЧ-мощность частотыи) подается на вход резонатора 4через отверстие связи с выхода СВЧгенератора 3,При задании условий регистрациисигнала ЗПР значения резонансных частот 2 и и) измерительного резонатора 4 выбираются исходя из заданнойчастоты модуляции. Разность между частотами и) и и) мод колебаний измерительного резонатора 4 должна бытьравна частоте Я модуляции: и-ь):Я,Высокочастотное модулирующее магнитное поле вызывает модуляцию резонан-.сных условий ЭПР, в результате модулируется с частотой Р уровень поглощаемой и излучаемой образцом 5 СВЧ- мощности. В спектре сигнала ЗПР на СВЧ-частоте наблюдаются три слект 5 ральных составляющи: центральная (с частотой 4, Равной частоте возбуждения резонанса) и две боковых составляющих (с частотами Ц + Я и иЯ ).Инфор мативными являются боковые составляющие, причем амплитуды их равны, поэтому для регистрации модуляционнофаэового сигнала ЭПР измеряется только одна боковая составляющая.15 Первая боковая составляющая сигнала ЭПР имеет частоту н 3, Я , равную частоте сд второй моды колебаний измерительного резонатора 4, поэтому сигнал индукции ПР, излучаемый образцом 5, возбуждает в резонаторе 4 колебания второй моды. Другая боковая составляющая сигнала ЭПР имеет частоту д- Я, отличную от резонансных частот резонатора 4, и подавляется резонатором 4. 25Таким образом, в предлагаемом способе воздействие на образец 5 СВЧ- магнитным полем осуществляют на частоте и первой моды колебаний измерительного резонатора 4, а сигнал ЭПР З 0 измеряют на частоте о) =о) Й второй моды колебаний резонатора 4. При этом даже при очень высоких частотах модуляции сигнал ЭПР в резонаторе 4 не подавляется.35Сигнал ЗПР на частоте модуляции ) получают путем фазового детектирования сигнала индукции ЭПР (на частоте и) ) относительно воздействующего на образец 5 СВЧ-магнитного поля (с часао тотой и)а ). Для этого сигнал индукции на частоте сЗ второй моды колебаний через отверстие связи подается с выхода резонатора 4 на вход СВЧ-детектора 6. Необходимая для смещения детектора 6 СВЧ-мощность (имеющая частоту о) ) выделяется направленным ответвителем 7 с выхода СВЧ-генератора 3 и поступает на второй вход СВЧ- детектора 6. На выходе детектора 6 формируется сигнал ЭПР на частоте модуляции Я .ь90 -компонента сигнала ЭПР формируется путем синхронного детектирования сигнала ЭПР на частоте модуляции. Для этого сигнал с выхода СВЧ-детектора 6 подается на вход синхронного детектора 10, на опорный вход которого поступает сигнал модуляции, сдвинутый по фазе на 90", На выходе сино хронного детектора 10 формируется 90- компонента сигнала ЭПР.В предлагаемом способе на частоту модуляции не накладываются ограничения, связанные с шириной полосы пропускания измерительного резонатора. Разделение спектральных составляющих СВЧ-мощности сигнала ЭПР по различным модам колебаний резонатора позволяет использовать практически высокие частоты модуляции. При этом необходимо только обеспечивать равенство частоты модуляции и разности частот двух- частотного резонатора.Предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность при исследовании веществ с короткими (короче-в10 с) релаксационными параметрами, нет необходимости снижать добротность измерительного резонатора для обеспе" чения ему широкой полосы пропускания, а наоборот, лучше испольэовать высокодобротный измерительный двухчастотный резонатор, что обеспечит максимальную (такую же, как в известном способе на низких частотах модуляции) чувствительность спектрометра ЭПР.ооНа фиг.З приведены спектры 0 - .и 90 -компонент сигнала ЭПР образца ДФПГ, измеренные по предлагаемому способу на частоте модуляции 100 МГц. Спектры измерены при СВЧ мощности 0,5 мВт, амплитуде модуляции 0,5 Э, и разности частот между модами измерительного бимодального резонатора 100 МГц. Время спин-спиновой релаксации парамагнитных центров составляет 5,110 с. Формула изобретенияСпособ модуляционно-фазовой регистрации сигналов ЭПР, включающий воздействие на исследуемый образец сверхвысокочастотным (СВЧ), поляризующим и модулирующим магнитными поолями и измерение 90 -компоненты сигнала ЗПР на частоте модуляции, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измеряемых ре" лаксационных параметров, исследуемый образец размещают в бимодальном двух- частотном СВЧ-резонаторе проходного типа, воздействие сверхвысокочастотным магнитным полем осуществляют на частоте первой моды колебаний СВЧ-резонатора, частоту модулирующего маг1427264 нитного поля задают равной разности между частотами мод колебаний СВЧ- резонатора и измеряют сигнал индукции ЭПР на частоте второй моды колебаний СВЧ-резонатора, причем сигнал ЭПР на частоте модуляции получают при фазовом детектировании сигнала индукции ЭПР относительно частоты воздействующего на исследуемый образец СВЧ-магнитного поля. игЮ Составитель А.федоровТехред М.Ходанич Корректор Н.КорольРедактор А.Леж аказ 4847/ е ственногобретени