СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИГНАЛОВ СПИНОВОГО ЭХА Российский патент 1998 года по МПК G01N24/08 G01R33/46 

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений.

Известен способ возбуждения сигналов спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них [1] - В. Г. Гречишкин, Н.Е. Айнбиндер /Двухчастотное возбуждение квадрупольного спинового эха //Письма в ЖЭТФ, 1967, т. 5, N 3. с. 87-89.

Недостатком данного способа является невозможность возбуждения сигналов спинового эха на всех одноквантовых переходах четырехуровневой спин-системы.

Известен также способ возбуждения сигналов спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них [2] - А.С. Ким. Трехчастотное импульсное воздействие на трехуровневую квадрупольную спин-систему //Радиоспектроскопия. Пермь. 1993. N 21. с. 61-64. Он взят нами за прототип.

Недостатком данного способа является невозможность возбуждения сигналов спинового эха на всех одноквантовых переходах четырехуровневой спин-системы.

Задачей данного изобретения является разработка способа возбуждения сигналов спинового эха, позволяющего наблюдать сигналы откликов на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - способа возбуждения сигналов спинового эха, включающего воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - в качестве образца выбирают вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой спин-системой, подают сначала два радиочастотных импульса с частотой заполнения, равной частоте ω₃ верхнего перехода, затем остальные радиочастотные импульсы с частотами заполнения, равными частотам ω₂ и ω₁ среднего и нижнего переходов, причем длительности радиочастотных импульсов на всех возбуждаемых переходах устанавливают по максимумам наблюдаемых сигналов, временные интервалы между импульсами на каждом переходе - меньше времени поперечной релаксации, а между импульсами на разных перехода - меньше времени продольной релаксации.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения с достигаемым результатом.

Во-первых, впервые предложен способ возбуждения сигналов спинового эха на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы.

Во-вторых, способ позволяет повысить уровень сигнал/шум наблюдаемых сигналов на среднем и нижнем переходах за счет применения специальной импульсной программы.

Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок, раньше такая задача вообще не ставилась из-за сложности решения в теоретическом и практическом планах.

На фиг. 1 приведена схема уровней и переходов четырехуровневой (I = 7/2) спин-системы, на фиг. 2-4 - импульсные программы возбуждения сигналов спинового эха на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы.

Рассмотрим возбуждение сигналов спинового эха по общей импульсной программе на фиг. 2. В качестве образца выбираем вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой (I ≥ 7/2) спин-системой (например, ¹²³Sb, ²⁰⁹Bi). Воздействуем на него двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте ω₃ верхнего перехода (7/2 - 5/2) и с временным интервалом τ₁ между импульсами τ₁<T(3)2

- время поперечной релаксации этого перехода). Через время τ₂(τ₂<T(3)1- время продольной релаксации этого же перехода) подается одновременно пара РЧ импульсов с частотами заполнения, равными частотам ω₂ (переход 5/2 - 3/2) и ω₁ (переход 3/2 - 1/2), а через время где T(2)2 и T(1)2 - времена поперечной релаксации переходов 5/2 - 3/2 и 3/2 - 1/2) другая пара РЧ импульсов с этими же частотами заполнения.

На частоте ω₃= ω_7/2,5/2 наблюдается сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени t = 2τ₁.
На частоте ω₂= ω_5/2,3/2 наблюдаются:
первый сигнал с амплитудой

в момент времени

второй сигнал с амплитудой

в момент времени

третий сигнал с амплитудой

в момент времени

четвертый сигнал с амплитудой

в момент времени
t = 2τ₃+τ₂+τ₁;
пятый сигнал с амплитудой

в момент времени

шестой сигнал с амплитудой

в момент времени

седьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

восьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

На частоте ω₁= ω_3/2,1/2 наблюдаются:
первый сигнал с амплитудой

в момент времени

второй сигнал с амплитудой

в момент времени
t = 2τ₃+τ₂+τ₁;
третий сигнал с амплитудой

в момент времени

четвертый сигнал с амплитудой

в момент времени

пятый сигнал с аплитудой

в момент времени

шестой сигнал с амплитудой

в момент времени

седьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

восьмой сигнал с амплитудой

в момент времени

Здесь элемент оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_Q; A_i(X_i,Y_i,Z_i), B_i(X_i,Y_i,Z_i),
C_i(X_i, Y_i,Z_i) являются тригонометрическими функциями угловых длительностей радиочастотных импульсов. Появление этих функций связано с поведением матрицы плотности квадрупольной спин-системы во время действия импульсов; τ₁ - временной интервал между импульсами на переходе 7/2 - 5/2, τ₂ - временной интервал между вторым импульсом на переходе 7/2 - 5/2 и первыми импульсами на переходах 5/2 - 3/2 и 3/2 - 1/2, τ₃ - временной интервал между импульсами на переходе 5/2 - 3/2 (или 3/2 - 1/2); ω₃= ω_7/2,5/2,ω₂= ω_5/2,3/2,ω₁= ω_3/2,1/2 - частоты верхнего, среднего, нижнего возбуждаемых переходов, ω_5/2,1/2 - частота двухквантового перехода 5/2 - 1/2 и равна ω_5/2,3/2+ω_3/2,1/2.
Программы на фиг. 3 и 4 являются вариантами общей программы на фиг. 2. Формула изобретения написана с учетом всех приведенных программ.

Амплитуды сигналов на всех трех возбуждаемых переходах пропорциональны ω_7/2,5/2, т. е. частоте заполнения двух первых радиочастотных импульсов. Предлагаемое изобретение проверено на поликристаллическом SbCl₃ (резонанс ядер ¹²³Sb, I = 7/2) при температуре 294K и 77K. Сигнал/шум наблюдаемых сигналов на всех трех переходах при T = 294K ~ 10, а при T = 77K ~ 25.

Изобретение может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений. В способе возбуждения сигналов спинового эха, включающем воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них, в качестве образца выбирают вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой спин-системой, подают сначала два радиочастотных импульса с частотой заполнения, равной частоте ω₃ верхнего перехода, затем остальные радиочастотные импульсы с частотами заполнения, равными частотам ω₂ и ω₁ среднего и нижнего переходов. Длительности радиочастотных импульсов на всех возбуждаемых переходах устанавливают по максимумам наблюдаемых сигналов, временные интервалы между импульсами на каждом переходе - меньше времени поперечной релаксации, а между импульсами на разных переходах - меньше времени продольной релаксации. Изобретение позволяет возбуждать сигналы спинового эха на трех соседних переходах четырехуровневой спин-системы, повысить сигнал/шум наблюдаемых откликов на среднем и нижнем переходах. 4 ил.

Способ возбуждения сигналов спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневой спин-системой, радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными частотам трех переходов, и регистрацию сигналов откликов на них, отличающийся тем, что в качестве образца выбирают вещество, содержащее квадрупольные ядра с четырехуровневой спин-системой, подают сначала два радиочастотных импульса с частотой заполнения, равной частоте ω₃ верхнего перехода, затем остальные радиочастотные импульсы с частотами заполнения, равными частотам ω₂ и ω₁ среднего и нижнего переходов, причем длительности радиочастотных импульсов на всех возбуждаемых переходах устанавливают по максимумам наблюдаемых сигналов, временные интервалы между импульсами на каждом переходе - меньше времени поперечной релаксации, а между импульсами на разных переходах - меньше времени продольной релаксации.