Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса (вариант)

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ Союз СоветсникСоциалистическихРеспублик о 1918829(23) Приоритет 0 01 Н 24 ки о Государственный коь)итет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявите о пециальное конструкторско-технол физико-техниЧеского институте А мой,СР 4) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОННОГ ПАРАМАГНИТНОГО РЕЭОНАНСА (ВАРИАНТЫ)О бу осуществлясных условий Рицательноя об.4. производнойобразца, поный датчик 2 3 Изобретение относится к технике радиоспектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и конкретно может быть использовано для стабилизации резонансных условий по исследуемому образцу при записи электронов ЭПР.Известен способ регистрации спект-. ров ядерного магнитного резонанса 1(ЯМР). Согласно этому снособу осуществляют стабилизацию магнитного поля Но, что дает возможность стабили-зировать отношение 4/Но (где уо частота колебания СВЧ генератора), т.е. стабилизировать резонансные условия путем осуществления отрицательной обратной связи по первой производной сигнала ЭПР исследуемого образца. При отклонении Фо или Но от резонансного значения на выходе цепи обратной связи появляется сигнал ошиб.ки, который так корректирует ток электромагнита, чтобы отношение доФО сохранялось постоянным. При этом стабилизацию резонансных условий осуществляют по первой производной сигнала ЭПР, а регистрируют пик второй производной 11).Недостатком данного способа является невозможность осуществленияразвертки магнитного поля при стабилизации резонансных условий, т.е. регистрации спектров ЭПР, так как при стабилизации резонансных условий дан ный способ позволяет наблюдать лишь одну точку спектра ЭПР, не обеспечивая регистрации всего спектра ЭПР.Из известных способов регистраспектров ЭПР наиболее близким по тех нической сути н достигаемому результату является способ регистрации спектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего поля для получения резонансных условий на исследуемом об" разце.По известному спосоют стабилизацию резонанпутем осуществления отратной связи по первойсигнала ЭПР эталонногомещенного в дополнительсигнала ЭПР.Сигнал ЭПР от эталонного образца усиливают и после обработки подаютв стабилизатор тока магнитной системы спектрометра, обеспечивая отрицательную обратную связь по отклонению от условий резонанса.Для развертки магнитного поля вводят вспомогательную магнитную систему или обмотку, действующую только на датчик ЭПР с эталонным образцом. Сигнал развертки подают на входстабилизатора тока вспомогательной 10магнитной системы, которая создаетмагнитное поле развертки) в области датчика эталонного образца, вызывая изменение его выходного напряжения. Это напряжение через цепь обратной связи подают на вход стабилизатора тока основной магнитной системы в такой полярности, что результирующее изменение поля на эталонномобразце равно нулю. Так как поле основной магнитной системы действуетна оба датчика ЭПР, а поле вспомогательной системы действует только наэталонный датчик, то при этом происходит развертка магнитного поля, действующего на основной датчик ЭПР. Дляболее надежной работы устройства сигнал развертки одновременно подаюттакже на вход стабилизатора тока основной магнитной системы. При этомсигнал развертки компенсирует сигнал З 0рассогласования поступающий черезцепь обратной связи ,2",Недостатком известного способаявляется необходимость размещения воднородном магнитном поле не только 35датчика ЭПР с исследуемым образцом,но и вспомогательного датчика ЭПР сэталонным образцом, а также необходимость локального изменения магнитного поля на одном из датчиков ЭПР. 40В результате требуется применять магнитные системы с увеличением объемов однородности магнитного поля,что резко увеличивает вес и стоимостьмагнитных систем. 45Известный способ практически неприменим в спектрометрах ЭПР, в которыхмагнитное поле создается с помощьюсверхпроводящих магнитных систем,так как такие системы не содержатферромагнитного сердечника, и поэтому практически невозможно изменятьполе на эталонном образце без нарушения величины и однородности поляна исследуемом образце.Целью изобретения является повышение точности регистрации.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу регистрацииспектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего маг- б 0нитного поля на исследуемом образцепутем введения отрицательной обратной связи при отклонении значенияполяриэующего магнитного поля от резонансного, производят развертку по- б 5 ляриэующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, модулируют поляриэующее магнитное поле периодическими импульсами и осуществляют стабилизацию резонансного значения поляризующего магнитного поля на исследуемом образце при нулевых значениях амплитуды периодических импуль-.сов. В другом варианте достижения поставленной цели в известном способе регистрации спектров ЭПР, при кото" ром осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, производят стабилизацию резонансного значения поляризующего магнитногополя на исследуемом образце по сигналу ЭПР эталонного образца, расположенного в том же датчике, что и исследуемый образец, модулируют поляриэующее магнитное поле периодическими прямоугольными импульсами, в 1пазах между которыми значение поляризующего магнитного поля равно значению резонансного поля для эталонного образца.На фиг.1 представлены эффект ЭПР и изменение развертки поляризующего магнитного поля при модуляции ее периодическими прямоугольными импульсами; на фиг.2 - пример стабилизации резонансных условий по эталонному образцу; на Фиг.З - вариант схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.Способ осуществляется следующим образом.устанавливают значение поляризующего магнитного поля Но (фиг.1), соответствующее максимуму линии поглощения ЭПР. Для регистрации всей линии поглощения ЭПР поляризующее магнитное поле разворачивают во временитак, чтобы амплитуда развертки была достаточна для регистрации всей линии ЭПР. Поскольку информацию об отклонении от резонансных условий по"лучают при нулевом значении поля раэвертки, последнее модулируют периодическими прямоугольными импульсами так, что поле развертки периодически принимает нулевое значение. Таким образом, в интервале времени получают сигналы ЭПР исследуемого образца, а в интервале 11-С- сигнал отклонения от реэонанснйх усло" вий. Сигнал отклонения от резонансных условий и сигнал ЭПР исследуемого образца имеют вид прямоугольных918829 импульсов, следующих друг за другом.Эатем эти импульсы разделяют коммутатором, управляемым ат генераторапрямоугольных импульсов, сглаживаютфильтром низких частот и падают сигнал отклонения от резонансных условий через цепь отрицательной обрат"ной связи на вход стабилизированно",го источника питания магнитной системы, компенсируя таким образом дрейфрезонансных условий, асигнал ЭПР - 10на регистрирующий прибор, разверткакоторого сопряжена с разверткой поляризирующего магнитного поля, Таким образам, предлагаемый способ позволяет осуцествлять стабилизацию резонансных условий по исследуемомуобразцу при регистрации спектра ЭПРЕсли спектр исследуемого образцаиэ-за малой интенсивности или по каким-либо другим причинам не подходят 20для осуществления стабилизации резонансных условий, то стабилизацию можно.асуцествлять па спектру эталонного образца, помещаемого в тот же датчик ЭПР, что и исследуемый образец.При этом в паузах между импульсами(интервал времени 1,1 -Сл на фиг.2),устанавливают значение магнитногополя, соответствующее линии ЭПР эталонного образца.Устройство включает СВЧ генератора 1, источник поляризующего магнитного поля Н , состоящий иэ сверхпроводящего (с.п.) соленоида 2 и стабилизированного источника 3 тока, резонатор 4 с парамагнитным образцом, ге-Знератор 5 развертки магнитного поля,генератор б прямоугольных импульсов, задатчик 7 напряжения,ком-.мутирующее устройство 8, модулятор 9с катушкой 10, блок 11 усиления и фазового детектирования сигнала, коммутируюцее устройство 12,фильтры 13 и 14 низких частот (ФНЧ),цепь 15 отрицательной обратной связи (ООС) и регистрирующее устройства (двухкаардинатный самописец) 16. Использование предлагаемого способа в спектраметре ЭПР 2-миллиметравага диапазона са сверхправадяцей магнитной системой позволяет асуцествлять стабилизацию резонансных условий в процессе записи спектра ЭПР исследуемого образца без применения дополнительного датчика ЭПР. Благодаря этому в 4-5 раз сокращаются необходимые размеры однородной области магнитного поля. Эта, в свою очередь, минимум в 10 раз сокращает объем и Резонатор 4 помещен в магнитное поле с.п. соленоида 2 и соединен с СВЧ генератором 1 и блоком 11 уси ления и фазового детектирования сигнала, который соединен через коммутирующее устройство 12 с ФНЧ 13 и 14. Коммутирующее устройство управляется прямоугольными импульсами от генератора б. Фильтр 14 соединен с самописцем 16, горизонтальная развертка которого осуществляется от генератора 5. Фильтр 13 через цепь 15 ООС подключен к стабилизированному источнику 3 тока соленоида 2. Вход модулятора 9 катушки 10 через коммутирующее устройство 8 периодически подключается к задатчику 7 напряжения или к генератору 5 развертки. Квммутирующее устройство 8 управляется прямсугольными импульсами от генератора б.Устройство работает следующим образом. Детектирование сигнала ЭПР осуществляется методом. высокочастотной(в,ч.) модуляции магнитного поля(на фиг.3. в.ч. модулятор не показан).В моменты времени 11-1 коммутирующие устройства 8 и 12 нахЬдятся в положении А, на модулятор 9 поступает сигнал развертки поляризующего магнитного поля с генератора 5 развертки, а сигнал .с выхода блока 11 усиления и фазового детектирования сигнала. через фильтр 14 поступает на самописец 16. В периодически следуюцие друг за другом промежутки времени 1 л -С 1 на вход фильтра 14 поступают прямоугольные импульсы, среднее значение которых пропорциональна первой производной линии ЭПР. Среднее значение импульсов выделяется ФНЧ 14 и регистрируется самописцем 16. В моменты времени 1-1 коммутирующие устройства 8 и 12 находятся в положении Б и на модулятор 9 поступает напряжение с задатчика 7 напряжения. При стабилизации резонансных условий по исследуемому образцу эта напряже" ние равно нулю, а при стабилизации па эталонному образцу эта напряжение выбирается таким, чтобы в эти моменты времени магнитное поле соответствовала центру линки эталонного образца. Таким образок, в интервалах времени 1-1, на вход Фильтра 13 поступают прямоугольные импульсы напряжения, амплитуда катары пропорциональна первой производной сигнала ЭПР в окрестности ц нтра линии ЭПР эталонного образца. Среднее значение этих импульсов прапарциснальна отклонению резонансных условий ат центра линии ЭПР, так как значение первой производной пропорциональна аткланению ат центра линии ЭПР, если отклонения не велики. Эта среднее значение выделяется ФНЧ 13 и через цепь 15 ООС подается на взад стабилизированного источника 3 тока так, чта отклонение ат центра линии уменьшается, т.е. асуцествляется ООС па отклонению ат услсвий резонанса.стоимость сверхпроводящей магнитной системы,Кроме того, предлагаемый способ может быть применен для стабилизации резонансных условий не только в области ЭПР, но и при регистрации лю бых функциональных зависимостей, где возможен неконтролируемый дрейф развертываемого аргумента физической величины.10Формула изобретения1. Способ регистрации спектров электрснного парамагнитного резонан са, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляриэующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности ре 25 гистрацни, модулируют поляризующее магнитное поле периодическими импульсами и осуществляют стабилизацию резонансного значения поляризующего ьагнитного поля наисследуемом образ це при нулевых .=чачениях амплитуды периодических импульсов. 2. Способ регистрации спектров электронного парамагнитногс резонанса (ЭПР), при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регистрации, производят стабилизацию резонансного значения поляризуюцего магнитного поля на исследуемом образце по сигналу ЭПР эталонного образца, расположенного в том. же датчике, что и исследуемый образец, модулируют поляризующее магнитное поле периодическими прямоугольными импульсами, в паузах между которыми значение поляризующего маг нитного поля равно значению резонансного образца.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Семенов А.Г. и др. Стабилизация поля электромагнита спектромет" ра РЭпс сигналу ЭПР изучаемого образца. - "Приборы и техника эксперимента", 1965, 9 2, 130-133.2, Авторское свидетельство СССР 9 395761,кл.С 01 И 27/78,1971(прототип)918829 Составитель В,Покатиловактор Л.Лукач Техред М. Надь Корректор О, Билак лиал ППП "Натентф, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 2128/26 Тираж 883 ВНИИПИ.Государств по делам изобр 113035, Москва, ЖПодписнонного комитета СССРтений и открытий35, Раушская наб., д; 4/