Импульсный спектрометр ямр

Сфвэ Севетслни Сацналистичвлна Ресеублнк(22) Заявлено 070579 (21) 2767229/18-25 (51) М. Кл. С 01 И. 24/08 с присоединением заявки Йо ГоеуяярственныА комитет СССР яо аедвм нзобретеннА и открытнА71) Заявитель Институт металлурги Ка огащен(54) ИМПуЛЬСНЫИ СпкктРОМБ Я е говы Изобретение относится к радио- спектроскопии и может быть использовано для анализа содержания веществ, методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).Известен импульсный спектрометр ЯМР для анализа веществ, включающий излучатель магнитных импульсов, приемник сигналов, испускаемых образцом, помещенным в датчик, вычислительное устройство для обработки этих сигналов, причем вход и выход приемника . сигналов заземлены с помощью электронных ключей 1).Однако этот спектрометр имеет пог решности случайного характера, что снижает точность ЯМР измеренийНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импульсный спектрометр ЯМР, содержащий 20 передатчик радиоимпульсов, подсоеди" ненный к датчику и блоку задержки, приемник, вход которого подсоединен к выходу датчика, а выход - к усилителю, блок линейного пропускателя, входы которого подсоединены к выходам усипителя и блока управления, вход которого подсоединен К выходу блока,за- . цержки, интегрирующее звено И вычислительный комплекс, состоящий из блоков ЗО перемены знака, суммирования, умнож - ния и деления 2.Интегрирующее звено в данном спект рометре усредняет измеряемые амплитуды сигналов при многократном повторении импульсов, тем саьым исключая частично случайные помехи, причем при увеличении времени анализа эти помехи могут, быть устранены полностью. Однако систематическая погрешность не может быть исключена полностью при анализе с помощью, этого спектрометра, так как учет этой погрешности производится использованием среднего значения поправочного коэффициента, на которой умножается измеряемая амплитуда, определяемого экспериментально и учитывающего влияние времени релаксации зависящего от многих параметров (температуры, концентраций, вязкости и т.д). Поэтому точность такого спектрометра невысока..Цель изобретения - повышение точйости измерений.Поставленная цель достигается тем, что известный спектрометр ЯМР, содержащий передатчик радиоимпульсов, подсоединенный к датчику и блоку задержки, приемник, вход которо подсоединен к выходу датчика, аход - к усилителю, блок линейного пропускателя, входы которого подсоединены к выходам усилителя и блока управления, вход которого подсоединен. к выходу блока задержки, интегрирующее звено и вычислительный комплекс, состоящий.из блоков перемены знака, суммирования, умножения и деления, дополнительно снабжен вторым интегрирующим звеном и блоком возведения в квадрат, второе интегрирующее 1 звено соединено последовательно с первым, причем выход первого звена через блок умножения, а выход второго звена через блрк перемены знака Подсоединены .ко входам блока суммирова-. ния выход блока суммирования подсое- . 15 динен к одному иэ входов блока деления, ко второму входу которого через блок возведения в квадрат подсоединен выход первого интегрирующего звена. 20Для исключения высокочастотных помех, накладывающихся на полезный низкочастотный сигнал, применяется интегрирование, осуществляемое с помощью интегрирующего звена, при этом 25 амплитуды сигналов уменьшаются пропорционально частотам, в результате чего увеличивается отношение сигнал/ шум В спектрометре интегрирующее звено интегрирует сигнал индукции экспоненциальной формы, выходной сигналкоторого становится зависимым от показателя экспонанта (времени поперечной релаксации), определяющего сис- З 5 тематическую погрешность.Исключение показателя экспонентыв выходном сигнале первого интегри-.рующего звена предлагаемого спектрометра осуществляется использованием 40дополнительного второго интегрирующего звена, подключенного последователь.но к первому. Таким образом, путем .двойного интегрирования с помощью двух последовательно соединенных интегрирующих звеньев исключаются погрешности случайного и систематического происхождения, чем повышаетсяточность ЯМР измерений.Передатчик. радиоимпульсов импульс-ного спектрометра ЯИР вырабатываетпоследовательно 90 - импульсов,воз.- обу ающих спиновую систему образца, по ещенного в датчик, После возбужде ия спиновая система образца наводит в катушке датчика сигнал спада сво бодной индукции, текущую амплитуду которого можно записать следующим ,выражением1) =со 6 + ч, (1) где а - начальная амплитуда сигнаола, пропорциональная коли,честву магнитных ядер в образце;Т - поперечное время релаксации; 65- время задержки при .измерении текущей амплитуды 1;Я - функция, описывающая высокочастотные шумы и обусловливающая случайные погрешности измерений.Действительно после первого инте рирования, осуществляемого первым и тегрирующим звеном получаем следующ выражениеЗ,Ь) =)1 М -) (о е +ЯсВ=Га е И+бдФ с 1 оТ (1 е с/т)принимая во внимание, что 15 ЙВ ОВремя интегрирования ойределяется промежутком времени между импульсами, т.е. периодом следования им- . пульсов, вырабатываемых передатчиком радиоимпульсов. Причем4 Т, (3) чем обеспечивается установление нулевой намагниченности к моменту подачи последующего. импульса. Поэтому эа время интегрирования о, удовлетворяющее соотношению (3),выражение (2) примет видЭ.Г = ат, (4) так .как.е ( 1.После второго последовательного интегрирования, осуществляемого вторым интегирующим звеном, соединенным последовательно с первЫм получаем следующее выражениеПринимая во внимание соотношение (3) выражение (5) принимает видЭ (Ф) = аоТ 6 - аоТ, (6) при е -( 1.Подставляя Т = - иэ выражения,34ао(4) в уравнение (6) получим следующую формулу для начальноЮ амплитуды сигналадао=З -дЯ.Предлагаемое устройство, снабжен- ное вторым интегрирующим блоком, позволяет измерить сигналы Э,и Л и произвести вычисления согласно формуле (7) величины а, пропорциональной концентрации вещества с высокой точностью, Это видно из формулы (7), в которой отсутствуют величины, характеризуемые погрешности случайного и систематического происхождения.Вычисления по формуле (7) проводят ся вычислительным комплексом, в качестве которого может служить электронная вычислительная машина типаМир,На чертеже изображена схематически схема импульсного спектрометраЯРМ.Спектромет ЯМР содержит передатчик1 радиоимпульсов, выход которого соединен со входом датчика 2, которыйсвязан со входом приемника 3, выходпоследнего через усилитель 4 соединен со входом блока 5 линейного пропускателя. Вход блока 5 подключен к фвыходу блока 6 управления, которыйчерез блок 7 задержки подсоединен квыходу передатчика 1. Выход блока 5подключен к последовательно соединен 4ным интегрирующим звеньям 8 и 9. Выходы интегрирующего звена 8 подсоединены ко входам блока 10 умноженияи блока 11 возведения в квадрат, авыход интегрирующего звена 9 - ковходу блока 12 перемены знака, выход Щпоследнего и блока 10 соединены сблоком 13 суммирования, выход которого соединен со входом блока 14 деления, подсоединенного через блок 11возведения в квадрат ко входу блока10.Импульсный спектрометр работаетследующим образом.Передатчик 1 радиоимпульсов вырабатывает последовательность 90импульсов с частотой повторения ф ,поступающую на датчик 2. Каждый 90импульс возбуждает спиновую системуобразца, помещенного в датчик. 90оимпульс и наведенный в катушке датчика сигнал индукциипоступает на ЗЗвход приемника 3, в котором сигналыпредварительно усиливаются, детекти-.руются и поступают в блок основногоусилителя 4 сигналовУсиленные сигналы поступают на ф)вход блока 5 линейного пропускателя,задерживающего 90 - импульс и пропускающего только полезный сигнал ишумы в течение интервала времени,формируемого импульсами блока б управления, длительность, которых меньше промежутка между импульсами навеличину, формируемой импульсацииблока 7 задержки, обеспечивающего не .пропускание удлиненного из-за переходных процессов 90 - радиоймпульса. 5 ОПосле блока 5, полученный сигналиндукции в виде затухающей экспоненты и высокочастотные шуьы подаютсяна вход первого интегрирующего усилителя 8, дающего на выходе сигнал,величина которого определяется выражением (4). При интегрировании увеличивается отношение сигнал/шум(8 е О). Выходной сигнал, пропорциональный начальной амплитуде и показа- ЬОтелю затухающей экспоненты с исключенной функцией 8 поступает на входвторого интегрирующего звена 9, соединенного последовательно с первым,выходной сигнал которого выражается Ь 5 уравнением (6), является интегралом отвеличины д( и зависит от начальной амплитуды сигнала, показателя затухающей экспоненты и времени интегрирования 1, равного периоду работы передатчика.С выходом интегрирующих звеньев8 и 9 сигналы З и Л подаются на вход вычислительного комплекса.С выхода первого интегрирующегб звена, выходной сигнал через блок 10 умножения на величину Г и выходной сигнал 3 с выхода второго интегрирующего звена 9 через блок 12 перемены знака поступают на.блок 13. суммирования, откуда выходной сигнал, пропорциональный величине Э с - 3 поступает на блок 14 деления на эту величину значения Э полученного в блоке .11 возведения в квадрат, куда поступает сигнал ;1 с выхода первого интегрирующего звена 8. С выхода блока 14 сигнал, пропорциональный начальной амплитуде сигнала индукции абез помех случайного и систематического происхождения попадает на регистратор (цифровой вольтметр или печатающее устройство).Предлагаемый спектрометр повышает точность измерений и снижает нх себестоимость.формула изобретенияИмпульсный спектрометр. ЯМР, содер" жащий передатчик радиоимпульсов, подсоединенный к датчику .и блоку задержки, приемник, вход которого подсоединен к выходу датчика а выход - к усилителю, блок линейного пропускателя, входы которого подсоединены к выходам усилителя и блока управления, вход которого подсоединен к выходу блока задержки, интегрирующее звено и вычислительный комплекс, состоящий из блоков перемены звена,суммирования, умножения и деления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно снабжен вторым интегрирующим звеном и блоком возведения в квадрат, второе интегрирующее звено соединено последовательно с первым, причем выход первого звена через блок умножения, а выход второго звена через блок перемены знака подсоединены ко входам, блока суьмирова" ния, выход блока суммирования подсоединен к одному из входов блока деления, ко второму входу которого через блок возведения в квадрат подсоединен выход первого интегрирующего звена.. Ковач Техред Т. Маточка Корректор М.Шароши ак к П Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,илиал Источники инФормации,принятые во внимание при экспертиэе1 Патент Франции 9 2350599 хл. 6 01 К 27/78, опублик. Э 6.01.78. 321/57 Тираж 907 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 13035 Москва, Ж, Ра2, Чап Рцт.те К. апд Чап Йег Епйеп.Рц.ь ЙМВ аза до 1 с)с веСЬой Ког Ме4 еепп 1 пат 1 оп ой Юе зо 116 Гас соп,уепй 1 п ратй 1 а 11 у сгузйа 11 кей ЕаяУ,Бс 1.,1 пьйгцв, (Вой РЬцв Е,) 1973,9 б, р. 910-912 (прототип). Подписноео комитета СССРй и открытийская наб., д. 4/5