Импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса (его варианты)

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 974233(22) Заявлено 05.05. 80 (21) 19280/18-25 Кл,1 М 2 Й/1 присоединением заявки23) Приоритет ный комнте дар СССделам нэо етеннй 5, 11 . 82. Бюллетеньч 2 ублнковаоткрыт Дата опубликования описания 17.11.82: кнния Сибрского -Е. Хмелинс Ия,1. тл 1 нститут химической кинетики и гоотделения АН СССР 71) Заявитель(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (, ЕГО ВАРИАНТЫ )для 1Изобретение относится к электронной парамагнитной спектрометрии и может быть использовано при изучении спектрального состава и времени жизни короткоживущих радикалов, возникающих при импульсном радиолизе, потоли- з зе и других импульсных способах генерации радикалов, а также для определения кинетики быстрых химических реакций, протекающих с уцастием парамагнитных частиц.Известен импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, в котором на образец воздействуют сверхвысокоцастотными импульсами получения резонансного сигнала (эхо или свободной индукции)1 . Недостатком такого спектромера является сравнительно низкая чувствительностьНаиболее близким техническим реве- нием к изобретению является импульсный спектрометр электронного пара- магнитного резонанса, содержащий программатор, соединенныи с первыми входами регистрирующего прибора, генератора возбуждающих сверхпысокочастот " ных импульсов и импульсного модулятора,двухчастотныи резонатор с ампулой для парамагнитного образца, расположенной в магните, полосовой фильтр, вход которого соединен с двухцастотным резонатором, а выход - с приемни" ком полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройст" вом, выход генератора возбуждающих сверхвысокоцастотных импульсов со" единен с двухчастотным резонатором, выход импульсного модулятора соединен с обмоткой модуляции 2 3.В этом спектрометре отсутствует источник СВЧ-мощности на частоте при" нимаемого полезного сигнала, и по" скольку возбуждение и прием полезного сигнала производится на разных частотах, то приемник полезного сигнала содержит на выходе амплитудный детектор. Данное обстоятельство. явля 3 97423ется недостатком этого спектрометра,так как снижает его пороговую чувствительность. Ероме того, при амплитудном детектировании теряется частьполезной информации, содержащейся вфазе полезного сигнала,Целью изобретения является повы"шение пороговой чувствительностиспектрометра и расширение Функциональной возможности путем получения до Ополнительной полезной информации,содержащейся в Фазе полезного сигнала, за счет осуществления синхронного детектирования частоты полезногосигнала, 15Поставленная цель достигается темчто спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащийпрограмматор, соединенный с первымивыходами регистрирующего устройства, 20генератора возбуждающих СВЧ-импульсов и импульсного модулятора, двухчастотный резонатор с ампулой дляпарамагнитного образца, расположенной в магните, полосовой фильтр, 25вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройством, первый выход генератора воэрбуждающих СВЧ-импульсов соединен сдвухчастотным резонатором, выход имПульсного модулятора соединен с обмоткой модуляции, дополнительно снабжен параметрическим преобразователемчастоты с контуром накачки, холостыми выходным контурами и синхронным детектором, введенным я приемник полезного сигнала, причем контур накачкипараметрического преобразователя частоты настроен на частоту возбуждающихимпульсов и подключен к второму выхо"ду генератора возбуждающих СВЧ-импульсов, выходной контур параметрическогопреоГраэователя частоты настроен насмещенную частоту полезного сигналаи соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которогосоединен с выходом усилителя высокойчастоты приемника полезного сигнала,50а холостой контур параметрическогопреобразователя частоты настроен начастоту, пропорциональную амплитудемодуляции магнитного поля,В другом варианте исполнения спектрометра детектирование полезного сигнала производится на промежуточнойчастоте )ЬН. В этом случае выходнойконтур параметрического преобразова- частота накачки параметрического преобразователя и частота возбуждающих импульсов; УьНо 2 Л- изменение частоты по"лезного сигнала под действием импульсов модуляции поляризующего магнитного поля; КНо1 231- смещенная частота полезного сигнала.На Фиг. 1 и 2 приведены блок-схема предложенного импульсного спектрометра ЗПР в двух вариантах исполненияпри синхронном детектировании сигнала на высокой частоте (фиг. 1) и на промежуточной частоте (фиг. 2).Импульсный спектрометр .ЗПР содержит программатор 1, который генерирует серии запускающих импульсов, задающих временную последовательность и длительность работы остальных узлов спектрометра, генератор возбуждаюгих 3 4теля частоты настроен на смещенную частоту полезного сигнала, холостой контур параметрического преобразователя частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля и соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с усилителем высокой частоты приемника полезного сигнала через смеситель и усилитель промежуточной частоты, второй вход смесителя приемника полезного сигнала соединен с вторым выходом генератора возбуждающих СВЧ-импульсов.В данном случае параметрическим пр"образователем является регенеративный обращающий преобразователь на нижнюю боковую полосу, Особенностью такого преобразователя является его способность при подаче на него мощности накачки на частотегенерировать ча выходе мощность на двух других частотахи Г, причем т о -- 11 Для получения однозначного соответствия также и между Фазами этих частот необходимо соблюдение дополнительных условий, например, Го = МГ и Г 2 =(И) Г, где М - целое число.При использовании такого преобразователя в предложенном спектрометре можно принять Го = 9500 мГц,100 мГц,= 9400 мГц.5 ч 723 СВЧ-импульсов 2, двухчастотный резонатор 3 с ампулойдля парамагнитного образца, помещенной в магнитное поле Н ф магнита 5, импульсный модулятор 6 с обмоткой модуляции 7, полосовой 3 фильтр 8, пропускающий только колебания частоты полезного сигнала и эадерживаоций колебания частоты возбуждающих импульсов, приемник полезного сигнала 9, параметрический преобразо О ватель частоты 10 и регистрирующее устройство 11 (блок растяжки, соединенный с самописцем ). Параметрический преобразователь частоты 10 имеет три коНтура: контур накачки, настроенный на частоту возбуждающих импульсов; выходной контур, настроенный на смещенную частоту полезного сигнала, холостой контур, который настроен на частоту, пропорциональную амплитуде 20 модуляции магнитного поля.При синхронном детектировании сиг нала на высокой частоте (фиг. 1) приемник полезного сигнала 9 содержит синхронный детектор 12, соединенный с усилителем высокой частоты 13. Второй вход детектора 12 подключен к выходному контуру преобразователя частоты 10, контур накачки которого подключен к второму выходу генератора ЗО возбуждающих СВЧ-импульсов 2.При синхронном детектировании сигнала на промежуточной частоте (фиг.2) в приемнике полезного сигнала 9 синхронный детектор 12 соединен с усилителем высокой частоты 13 через усили" тель промежуточной частоты 1 М и смеситель 15, преобразующий полезный сигнал с высокой на промежуточную частоту. В такам исполнении второй вход синхронного детектора 12 подключен й к холостому контуру преобразователя частоты 10, а второй вход смесителя 15 подключен к третьему выходу генератора возбуждающих СВЧ-импульсов 2.Спектрометр работает следующим образом.Под действием запускающих импуль" сов, поступающих с программатора 1, генератор возбуждающих СВЧ-импульсов 2 генерирует возбуждающий СВЧ-импульс, а импульсный модулятор 6 йоля генерирует серию импульсов, необходимых для получения полезного сигнала ( спинового эха или свободной прецессии)СВЧ-импульс от генератора возбуждающих СВЧ-импульсов 2 должен перекрывать по времени серию от импульсного модулятора 6, а амплитуда импульсов модуляции поля дН о должна быть такова, чтобы на вершине импульсов модуляции соблюдалось условие резонанса, т.е. шв = 2 лСО = у(НО+дН ), где Го - частота СВЧ возбуждающих импульсов. Полезный сигнал на частоте НО возбуждает вторую моду двухчастотного резонатора 3, настроенную на частоту "Но, откуда через полосовой фильтр 8 поступает на вход усилителя высокой частоты 13, а оттуда на сигнальный вход синхронного детектора 12 фиг. 1), На второй вход синхронного детектора в качестве опорного поступает напряжение с выходного контура параметрического преобразователя частоты 10 на частоте уН , Продетектированный полезный сигнал с выхода синхронного детектора растягивается по времени в блоке растяжки 11 с помощью стробимпульса от программатора 1. Напряжение с выхода холостого контура преобразователя частоты в этом слу" чае не используется.При детектировании сигнала на промежуточной частоте импульсный спектро" метр работает точно также 1 йиг.2 ), Только после усилителя высокой частоты 13 сигнал поступает на смеситель 15, на второй вход которого в качестве напряжения гетеродина подается напряжение с выхода генератора возбуждающих СБЧ-импульсов 2. Напряжение с выхода смесителя на частотей Но усиливается в усилителе промежуточной частоты 11, после чего детектируется в синхронном детекторе 12, в качестве опорного на второй вход которого подано напряжение схолостого контура параметрического преобразователя частоты 10 на частоте ЬНо. После растяжки по времени в блоке 11 сигнал поступает на самописец. Введение в импульсный спектрометр ЭПГ параметрического преобразователя частоты с целью осуществления синхронного детектирования полезного сигнала одновременно позволяет решить проблему подстройки частоты второй моды колебаний резонатора. Для этого можно использовать выходное напряжение параметрического преобразователя частоты на частотеН, подавая его на двухчастотный резонатор, сравнивая подающую и отраженную волны известными способами и используя полученный результат для подстройки частоты двух- частотного резонатора.формула изобретения 1. Импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий программатор, соединенный с первыми входами регистрирующего устройства, генератора возбуждающих СВЧ-импульсов и импульсного модулятора, двухчастотный резонатор с ампулой для парамагнитного образца, рас" положенной в магните, полосовой фильтр, вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройством первый выход генератора возбуждающих СВЧ-импульсов соединен с двух- частотным резонатором выход импульсного модулятора соединен с обмоткой модуляции, о т л и ч а ю щ и й с я 20 тем, что, с целью повышения пороговой чувствительности и расширения Функциональных воэможностей за счет получения дополнительной информации, он дополнительно снабжен параметрическим 5 преобразователем частоты с контуром накачки, холостым и выходным контурами и синхронным детектором, введенным в приемник полезного сигнала, причем контур накачки параметрического 30 преобразователя частоты настроен на частоту возбуждающих импульсов и поцключен к второму выходу генератора возбуждающих СВЧ-импульсов, выходной контур параметрического преобразователя частоты настроен на смещенную ластоту полезного сигнала и соединен с первым входом синхронного детектора второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты при- щ емника полезного сигнала, а холостой контур параметрического преобразова" теля частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля. 452. Импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий программатор, соединенный с первыми входами регистрирующего прибора, генератора возбуждающих СВЧ-импульсов и импульсного модулятора, двухчастотный резонатор с алпулой для парамагнитного образца, расположеннойв магните полосовой фильтр вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройством,первый выход генератора возбуждающихСВЧ-импульсов соединен с двухчастотным резонатором, выход импульсногомодулятора соединены с обмоткой модуляции, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения пороговой чувствительности и расширения функциональных возможностей эа счет получениядополнительной информации он дополнительно снабжен параметрическим преобразователем частоты с контуром накачки и холостым и выходным контурами и синхронным детектором, введеннымв приемник полезного сигнала, причемконтур накачки параметрического преобразователя частоты настроен на частоту возбуждающих импульсов и подключенко второму выходу генератора возбуждающих ГВЧ-импульсов, выходной контур параметрического преобразователячастоты настроен на смещенную частотуполезного сигнала, холостой контурпараметрического преобразователя частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля и соединен с первым входомсинхронного детектора, второй входкоторого соединен с усилителем высокой частоты приемника полезного сигнала через смеситель и усилитель промежуточной частоты, второй вход смесителя приемника полезного сигнала соединен со вторым выходом генераторавозбуждающих СВЧ-импульсов,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Каплан и др. Импульсный ЭПРспектрометр трехсантиметрового диапазона. - Приборы для научных исследований, Т,32 1961 с. 13-19,2. Авторское свидетельство СССРР 408202, кл. 6 01 й 27/78 1974прототип ),Составитель В, ПокатиловРедактор Г. Гербер Техрей Е.Харитончик Корректор Н. БурякЗаказ 363540 Тираж ВИ 7 ПодписноеВНИИХИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1105 д Москва НРаушская наб. 8. 4 Дфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4