Устройство измерения изменения параметров спектров магнитного резонанса

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М, К,з С 01 й 24/02 Госуяарствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и открытийЛенинградский ордена Ленина электротех ческйй институт им. В.И. Ульянова (Ленина)(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРОВ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Изобретение относится к области использования электронного магнитного (ЭПР) и ядерного магнитного резонатора (ЯМР) для исследования н анализа материалов, преимущественно для разработки и контроля технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства.При современных исследованиях и анализе материалов методами ЭПР и ЯМР приходится решать такие задачи, как исследование изменения физико- химических свойств материала при каком-либо кинетическом воздействии на материал (облучение, изменение температуры, давления и т.п.) и выявления зависимости между величиной, воздействия и изменением параметров спектральных линий, измерение величины воздействия на материалы по известной зависимости путем измерения величины изменения параметров спектральных линий. Измеряемыми параметраами спектральных линий ЭПР или ЯМР чаще всегоявляются интенсивность и ширина линий.Известен метод измерения этих параметров спектров, техническая реализация которого состоит в последовательной записи спектральных кривых на графопостроителе и последующего сравнения этих кривых путем на-ложения или измерения изменяющихсявеличин измерительными инструментами(линейка, циркуль) 1).Наиболее близким.к предложенномупо технической сущности является устройство измерения изменения парамет" ров спектров магнитного резонанса,содержащее систему регистрации и стабилизации резонансных условий спектрометра электронного (ЭПР) или ядерного магнитного резонанса (ЯМР), выходы которой соединены с .командным 15 блоком н первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен свыходом источника эталонного напряжения, первый вход которого соединен свыходом командного блока, причем 20 этот выход командного блока связанс первыми входами блока памяти и блока обработки данных, выход схемысравнения сбединен со входом измерителя временных интервалов, выходкоторого связан со вторым входом блока памяти, а выход блока памяти -со вторым входом блока обработкиданных. Процесс измерения измененияпараметров спектра ЭПР и ЯМР в этом 30 устройстве осуществляется следующимобразом. После настройки спектрометра осуществляется регистрация первойпроизводной сигнала ЭПР и ЯМР. Сигналпервой производной с выхода системырегистрации спектрометра подаетсяна схему сравнения. После прохождения первого амплитудного значениясигнала первой производной с командного блока при помощи схемы запуска осуществляется запуск источника эталонного напряжения. Эталонное напряжение, величина которогоменьше амплитудного значения напряжения сигнала первой производной,поступает на схему сравнения. В момент совпадения величин напряжениясигнала пйрвой производной и эталонного напряжения происходит запускизмерителя временных интервалов. Припрохождении напряжения сигнала первой производной через нулевое значение знак эталонного напряжения припомощи устройства командного блока,схемы запуска и источника эталонногонапряжения меняется на противоположный, и при новом совпадении величиннапряжения сигнала первой производной и эталонного напряжения происходит выключение измерителя временныхинтервалов. Величина длительностиизмеренного временного интервала,пропорциональная интенсивности иширине спектральной линии ЭПР и ЯМР,запоминается с помощью блока памяти; после возвращения спектрометрав исходное состояние осуществляетсявоздействие или изменение величинывоздействия на исследуемое вещество;после прекращения воздействия илиизменения величины воздействия навещество осуществляется измерениевеличины длительности временногоинтервала, пропорциональной интенсивности и ширине спектральной линии.При помощи устройства осуществляетсясравнение полученных величин длительностей временных интервалов ивычисляется величина изменения параметров спектров ЭПР или ЯМР в результате воздействия или изменениявеличины воздействия на исследуемоевещество 2,Однако в данном устройстве дляпроведения измерения необходимо время, превышающее удвоенное время регистрации спектра, так как измеряется отношение временных интерваловпри двух последовательных развертках.Этот недостаток может оказаться существенным в тех случаях, когда требуется получать величину измененияпараметров спектра ЭПР или ЯМР завремя меньшее, чем время регистрацииспектра ЭПР или ЯМР, что часто имеетместо при применении ЭПР или ЯМРдля контроля технологических процессов.Это можно проиллюстрировать следующими примерами, Для точного воспроизведения спектра линии необходимо иметь время записи 1 большее 10, где- постоянная времени начала регистрации.Скорость развертки магнитногополя при записи равнаЬН Чр= где ЬН рр - полуширина линии. При этом максимальная скорость развертки Ь рр щах Я;Тогда время развертки спектра АЧ 1 15 Чр ась где ЬН - ширина записываемого участка;20253540506065 илиЬЧ407.ЬН ррТак, например процесс приготовления катализатора для производства синтетического каучука занимает 15 мин, Для активного контроля процесса необходимо получать информацию состояния не реже, чем каждые 30 с. В рассматриваемом случае полуширина линии составляетЬНрр = 10 Гс и ширина всего записываемого участка спектра ЬН должна быть не меньше 100 Гс, При использовании серийных графопостроителей Ф не может быть сделана меньше 1 с. Тогда время развертки спектра равно- = 0 осЬН р О что больше требуемого времени, равна" го 30 с.Таким образом видно, что данный способ далеко не в полной мере удовлетворяет требованиям активного контроля технологическими процессами, т.е. имеет ограниченное применение в том случае, если время, необходимое для регистрации спектра, больше интервала времени, в течение которого информация должна быть получена. Кроме того, в ЭПР экспериментах необходимо измерить параметры быстро протекающих процессов, например при работе с биологическими объектами, когда время протекания процесса измеряется секундами и долями секунд. Для этих процессов также необходимо уменьшение времениполучения информации о состоянии измеряемого объекта по сравнению со временем, которое затрачивается при использовании известного устройства.Целью изобретения является сокращение времени измерения. параметров в ЭПР или ЯМР.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве измерения изменения параметров магнитного резонанса, содержащем систему регистрации и стабилизации резонансных условий спцктрометра ЭПР или ЯМР, выходы которой соедИнены с командным блокоми первым входом схемы сравнения, а второй вход которой соединен с выходом источника эталонного напряжения, первый вход которого соединен с выходом командного блока, причем этот выход командного блока связан с первыми входами блока памяти и блока обработки данных, выход схемы сравнения соединен со входом измерителя временных интервалов, выход которого связан со вторым входом блока памяти, а выход блока памяти со вторым входом обработки данных,в устройство введены дополнительно компаратор,исполнительный блок и генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен со входом системы регистра ции и стабилизации резонансных условий спектрометра ЭПР или ЯМР, а выход - с первым выходом исполнительного блока, второй выход которого соединен со вторым входом источника 20 эталонного напряжения, вход компаратора связан с выходом схемы сравнения а выход его - со входом исполнительного блока.На фиг, 1 изображена функциональ- р 5 ная схема устройства измерения изменения параметров магнитного резонанса; на фиг. 2 - процесс измерения изменения параметров спектров.Функциональная схема устройства содержит систему регистрации и систему стабилизации резонансных условий спектрометра ЭПР или ЯМР 1, схему 2 сравнения, командный блок 3, источник 4 эталонного напряжения, измеритель 5 временных интервалов, блок б памяти, блок 7 обработки данных, компаратор 8, исполнительный блок 9 и генератор 10 нелинейноизменяющегося напряжения (ГЛИН).Процесс измерения изменения па раметров спектров ЭПР или ЯМР в предлагаемом устройстве (фиг. 2) осуществляется следующим образом.После настройки спектрометра система стабилизации резонансных Усло вий устанавливается на .нуль сигнала первой производной. Через командный блок 3 к первому входу схемы 2 сравнения подключается напряжение Ч от источника эталонного напряжения 4. о На второй вход схемы 2 поступает напряжение сигнала первой производной Чс (см. фиг. 2 а). Так как ЧСЧ,то на выходе схемы 2 сравнения появляется сигнал, запускающий измеритель временных интервалов(фиг. 2 д), а также он через компаратор 8 поступает на исполнительный блок 9На выходе последнего появляется напряжение (фиг, 2 г), управляющее ГЛИН -10, напряжение с выхода 60 которого имеет вид, показанный на фиг. 2 б. Это напряжение вводится в схему регистрации и стабилизации резонансных условий спектрометра 1 так, что линейно во времени меняется 65 условие резонанса. При этом будетпроисходить увеличение напряжениясигнала Ч , пропорциональное амплитуде первоя производной, до тех,пор, пока ЧС ( Ч (фиг. 2 а,б), Подостижению равенства Чс = Ч 1 схема 2сравнения изменит свое состояние,сработают компаратор 8, исполнительный блок 9 и произойдет изменениенаправления работы ГЛИН(фиг. 2 б).Через исполнительный блок такжепроизойдет переключение знака источника 4 эталонного напряжения, приэтом Ч, = 1 Ч(фиг. 2 а).Измеритель временных интерваловпо приходу данного импульса прекращает счет, передает результат в блокб памяти, и начинает подсчет новогозначения времени. Командный блок 3контролирует работу блока б памятии блока 7 обработки, данных. По достижении Ч нижнего порога аЧ происхосдит новый цикл измерения.Таким образом, Чс непрерывно кзме-.няется от Ч до Ч за время С , иот Ч до Ч за время1 (см, фиг.2 д),Оценим время 1и С . В силу с.симметричности кривой понглощенияони равны. Формула 1 =Ъ-,10 С3 "ррсправедлива для предлагаемого устройства с той лишь разницей., чтотеперьН 1 есть напряженность магнитного поля такой величины, при которой напряжение сигнала удовлетворяет условиюЧ СЧс ЧПервая производнаясигнала поглощения достаточно линейна при такомзначении поля. Нелинейность составляет около 2 при сигнале Чс в 32от максимального значения первойпроизводной сигнала поглощения Чс кдля гауссовой формулы линии, чтосоставляет АН, равное 20 ЬЙрр. Врассмотренном выше примере Ф = 1 си, соответственнр, время регистрацииравно а - в- в 1 рр - аааааьПри использовании известногоустройства й = 100 с, что существеннобольше. Предлагаемое устройство измерения может быть использовано нетолько для определения величины изменения параметров спектров ЭПР илиЯМР, но и для определения характераи величины воздействия на вещество,когда известная связь между параметрами спектра вещества и изменениямифизико-химических свойств вещества,происходящимися в результате воздействия или изменения величины воздействияИспользование предлагаемого устройства имеет по сравнению с существующими устройствами следующее преимущество: измерение величины изменения параметров спектров ЭПРили ЯМР непосредственно в процессе873075 Формула изобретения иН юг.1Фиг Я ВНИИПИ Заказ 9020/67 Тираж 910 Подписное Филиал ППП Пате жгород, ул.Проектная,регистрации спектра, что сокращаетвремя получения информации о происходящих изменениях, в веществе и темсаьвм повышает эффективность научныхисследований с применением методаЭПР или йМР. Устройство измерения изменения параметров спектров магнитного резонанса, содержащее систему регистрации и стабилизации резонансных .условий спектрометра, выходы которой соединены с командным блоком и первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом источника эталонного напряжения, первый вход которого соединен с выходом командного блока, причем этот выход .командного блока связан с первыми входами блока памяти и блока обработки данных, выход схемы сравнения соединен со входом измерителя временных интервалов, выход которого связан со вторым входом блока памяти, а выход блока памяти - со вторымвходом блока обработки данных, о тл ич а ю щ е е с я тем, что, сцелью сокращения времени измененияпараметров, в устройство дополнительно введены компаратор, исполнительный блок и генератор линейноизменяющегося напряжения, выход которого соединен со входом системы регистрации и стабилизации резонансныхусловий спектрометра, а вход - спервым выходом исполнительНого блока, второй выход которого соединенсо вторым входом источника эталонного напряжения, .вход компараторасвязан с выходом схеьы сравнения,15 а выход его - со входом исполнительного блока.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Вертц Д., Болтон Д. Теория2 О и практические приложения методаЭПР. М., фМирф, 1975, с. 30-47,409"420.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2700793,кл. 0 01 Ю 27/78, 2512.79 (прототип).