Способ наблюдения ядерного магнит-ного резонанса

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ рц 817554(51)М. Клз с присоединением заявки Но 6 01 И 24/08 Государстаеииый комитет. СССР оо аеаам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения А.Е.Мефед и В.А.Ацаркин 13 .Д РХГИ "1 ч вава1 цОрдена Трудового Красного Знамени инстит т радиотехники и электроники АН СССР(54) СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГОРЕЗОНАНСА Изобретение относится к способу наблюдения ядерного магнитного резонанса (ЯМР). По основному авт. св. 9 6004305 известен способ наблюдения ядерного магнитного резонанса,. заключающийся в том, что на исследуеьвий образец воздействуют-постоянным магнитным полем и перпендикулярным ему высокочастотным магнитным полем, величину амплитуды которого устанавливают не менее средней величины внутреннего магнитного поля в образце, и регистрируют компоненты ядерной намагничен ности, продольную по отношению к пос" тоянному магнитному полю, на частоте ЯМР в магнитном поле Н , определяемом соотношениемН : ./(Н - ф)+ Н (1)ЪфФ, о угде Н - напряженность постоянногоомагнитного поля;Н - величина полуамплитуды высокочастотного магнитного 25паня;Ф - частота высокочастотногомагнитного поля;;у - ядерное гидромагнитное отношение. 30 Указанную продольную компонентуядерной намагниченности регистрируютс помощью приемной катушки, ось которой параллельна направлению поляНО (1)Недостаток известного способа состоит в том, что в ряде экспериментовна приемную катушку необходимо погдавать переменное напряжение, например для непосредственного полученияспектра ЯРМ,что приводит к искажениюрегистрируемого сигнала резонанса изза нестабильности этого напряжения.Кроме того,при таком выборе ноля возбуждения сигнала ЯМР не удается устранить в достаточной мере диполь-дипольные взаимодействия атомов исследуемых веществ, а также создать однородное поле возбуждения.Цель изобретения - уменьшение Искажения регистрируемого сигнала засчет устранения мешающего сигнала,повышение чувствительности и разрешающей способности эа счет уменьшениявлияния диполь-дипольного взаимодействия и неоднородности поля возбуждения,Поставленная цель достигается тем,что амплитуду или частоту высокочастотного магнитного поля модулируютФс частотой, лежащей в области частот ядерного магнитного резонанса в эфФективном магнитном поле.На фиг. 1 схематически изображены магнитные поля, действующие на Образец во вращающейся системе координат при амплитудной модуляции высокочастотного магнитного поля; на фиг 2 - схема устройства для осуществления способа.10На Фиг. 1 вектор Но обозначает постоянное магнитное поле, в которое помещают исследуемый образец, а вектор Н - компоненту высокочастотного магнитного поля возбуждения, вращающуюся вокруг поля Н в направпении ларморовской прецессии ядерной намагниченности с частотой ю и равНую полуамплитуде высокочастотного поля. В системе Координат, вращающейся вместе с вектором Й , поле Но 20 сокращается до величины Но - М, а названная компонента высокочастотного магнитного поля постоянная во. времени. Результирующее магнитное. поле Нзф, во вращающейся системе координат 25 определяется соотношением (1), а его направление составляет с полем Н угол6 = агс сов в -(2).зФФ 30 В такой системе координат прецессия ядерной намагниченности М происходит вокруг поля Н ффа ее частота определяется соотношениемЯ. = (3) При модуляции амплитуды высокочастотного магнитного поля появляется переменная компонента Н = Н поляАм1 А Н, перпендикулярная полю Нф. Если модуляцию осуществляют, например, по закону 2 Н(1 +,ш созй 1), где щ - 40 коэффициейт амплитудной модуляции, тс величина Н = пЧ сов 6 соя Я.1.дмПри выполнейии условия резонанса в поле Н , определяемом соотношениемЯ. - 1 о = ТЧэф (4) 45 компонента Нэффективно взаимодействует с ядерным магнитным моментом образца и вызывает появление компоненты ядерной намагниченности М 8 С" перпендикулярной полю Н зфф и вращающейся вокруг Нс частотой Й . Эту комйоненту регйстрируют с помощью прЫемной катушки, ось которой направлен.вдоль поля Но. При модуляции .час. тоты Ю высокочастотного магнитного поля модулируется компонента Н - Ж поля Нзф . Лри этом также вознйкает Переменная компонента Н = Нпоум ля Нб - 1, перпендикулярная долю Нзфф, которая вызывает появление компоненты намагниченности М 1 Если Щ) модуляцию осуществляют, например, по закону а(1 + К соз Й 1), где К - коэффициент частотной модуляции, то веум ум личина Н будет равна Нцф в 1 п асов Й(65 Иэ вышеизложенного видно, что модуляция амплитуды или частоты высокочастотного магнитного поля позволяет наблюдать ЯМР в поле Н безподачи переменного напряженйя наприемную катушку, Благодаря этомуотсутствуют искажения регистрируемогосигнала ЯМР, появляется возможностьзначительного усиления этого сигнала,улучшения отношения сигнал/шум и, следовательно, повышения чувствительности способа.Кроме того, выбор амплитуды высокочастотного поля и индекса модуляциипозволяет также значительно подавитьдиполь-дипольное взаимодействие иуменьшить влияние неоднородности этоГО поля+Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит исследуеьый образец 1, расположенный внутри двухскрещенных катушек индуктивности -высокочастотной возбуждающей 2 и низкочастотной приемной 3, которые размещены в поле Но магнита 4. Ось возбуждающей катушкй 2 ориентирована перпендикулярно к направлению поля Но, аа сама катушка электрически связана свыходом, заграждающего фильтра 5, входкоторого присоединен к выходу возбуждающего генератора б. Вход управлениячастотой или амплитудой генератора бчерез ключ 7 соединен с выходом модулирующего генератора 8. Параллельновозбуждающей катушке 2 включен перестраиваемый конденсатбр 9, образующий с катушкой 2 резонансный контур,настроенный на частоту в . Приемнаякатушка 3 электрически соединена совходом фильтра 10. нижних частот, выход которого соединен со входом приемного .устройства 11. Параллельно приемной катушке 3 включен перестраива-.емый конденсатор 12, образующий вместе с ней резонайсный контур, настроенный на чатоту Я,Наблюдение ЯМР, в случае использования амплитудной модуляции высокочастотного поля, осуществляется следующим образом.Исследуемый образец 1 помещают всистему скрещенных катушек 2 н З,нахо;дящихся в постоянном магнитном поле,Н , создаваемом магнитом 4 и служащимдля поляризации ядерных магнитных моментов образца 1(фиг.2),Напряженностьполя Но, частоту е возбуждающего генератора б, величину полуамплитудыН высокочастотного поля и частотуЙ генератора 8 устанавливают в соответствий с соотношениями (1) и (4),причем величину Н( устанавливаютбольшей, чем среднее значение локального магнитного поля в образце 1,создаваемого магнитными моментамиядер. Амплитудно-модулированное высокочастотное, напряжение с выхода возбуждающего генератора б через заграждаюший Фильтр 5, подавляющий сигналс частотой й , подают на возбуждающую катушку 2, в которой генерируется амплитудно-модулированное высокочастотное поле, перпендикулярное полю Нд. Это поле приводит к появлению компоненты ядерной намагниченности Иф" в образце 1 (фиг. 1), которая аводит в приемной катушке 3 сигналчастотойй, регистрируемый прием;ным устройством 11. Для предотвращения попадания на вход приемного устройства 11 сигнала с частотой Щ просачивающегося с возбуждающей катушки 2 на приемную катушку 3, служит Фильтр 10 нижних частот.Аналогичным образом осуществляют наблюдение ЯИР в поле НЭФФ,и при использовании частотной модуляции возбуждающего высокочастотного поля.Для получения частотного спектра ЯИР на выходе приемного устройства 11 в процессе регистрации резонанса 20 изменяют, по крайней мере, один из параметров Но, ц), Н или Я в диапазоне, включающем выйолнение условия резонанса (4). При этом, чтобы увеличить интенсивность сигнала ЯИР, 25 эксперимент проводят за время, меньшее времени релаксации ядерной намагниченности образца вдоль поля Нефф. Для достижения максимальной интенсивности сигнала ЯМР прохождение области резонанса осуществляют адиабатически быстро.Предлагаемый способ позволяет наблюдать сигнал нестационарных нутаций ЯИР, а также сигналы Эхо и фИндукции.35Для наблюдения сигнала нестационарных нутаций быстро включают высокочастотное магнитное поле, модулированное по амплитуде или частоте. В результате намагниченность М об разца совершает во вращающейся системе координат сложное движение, связанное с одновременной прецессией вокруг полей Нз , и Н, где Н о - компонента поля Н вращаю щаяся вокруг Нэфф,с частотой % в направлении вращения вектора М и равная полуамплитуде поля Н. При этомв приемной катушке 3 будет наводитьгя амплитудно-модулированный сигнал1 МР, уменьшающийся со временем.Наблюдение сигнала нестационарныхмутаций можно осуществлять также прилодуляции амплитуды или частоты высокочастотного магнитного поля в виде импульсов, для чего замыкают и размыкают ключ 7, а сигнал на приемнойкатушке регистрируют во время модуляции. Наблюдение сигнала нестационарных нутаций ЯМР предлагаемым способом позволяет измерять временаспин-спиновой и спин-решеточной релаксации ядерной намагниченности вполе Н и получать с помощью фурье-13.преобразования спектр ЯМР в этом поле, Для наблюдения сигналов фЭхофили фИндукции модуляцию амплитудынли частоты высокочастотного магнитного поля осуществляют в виде импульсов, замыкая и размыкая ключ 7по заданной программе, При этом сигнал на приемной катушке регистриру-ют в отсутствие модуляции. Наблюдениесигналов Эхоф и 1 индукциифпредлагаемым способом позволяет измерять времена спин-спиновой и спин-решеточной релаксации ядерной намагниченности в поле Н,Формула изобретенияСпособ наблюдения ядерного магнитного резонанса по авт. св. 9 600430,отличающийся тем, что, сцелью уменьшения искажения регистрируемого сигнала, а также повышениячувствительности и разрешающей спо-.собности, амплитуду или частоту высокочастотного магнитного поля модулируют с частотой, лежащей в обпасти частот ядерного магнитного резонанса в эффективном магнитном поле.Источники информации,фпринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 600430, кл . 6 01 Н 27/78, 1975817554 Фвь Составитель В,Майоршидактор Е.дичинская ТехредН.Бабурка КорректоР МЧШарош з 1321/57ВНИИ Тираж 907 ПодПИ Государственного кОмитета СССРо делам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб д. 4/5 писное 30 илиал ППППатентф, г. Ужгород, Ул. Проектна