СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА АСИММЕТРИИ ГРАДИЕНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛИКРИСТАЛЛАХ Российский патент 1999 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к радиоспектроскопии, в частности к ядерному квадрупольному резонансу (ЯКР) и может быть использовано при анализе структуры и строения химических соединений.

Известен способ определения параметра асимметрии градиента электрического поля (ГЭП) в поликристаллах, содержащих квадрупольные ядра со спином 3/2, включающий воздействие двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, и постоянным магнитным полем, регистрацию модуляции огибающей сигналов спинового эха и анализ формы линии ЯКР, полученной после преобразования Фурье, огибающей спинового эха /1/ - Ю.Е. Сапожников, Я.Б. Ясман./ Влияние асимметрии тензора ГЭП на огибающую квадрупольного спинового эха в магнитном поле. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1978. т. 42. С 2148.

Данный способ имеет недостатки: 1) необходимость использования постоянного магнитного поля, 2) невозможность применения при достаточно широких линиях спектра ЯКР (~10² - 10³) кГц, т.е. в случае, когда нельзя использовать эффект Зеемана.

Известен также способ определения параметра асимметрии градиента электрического поля (ГЭП) в поликристаллах, содержащих квадрупольные ядра со спином 3/2, включающий воздействие двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, и постоянным магнитным полем, регистрацию модуляции огибающей сигналов спинового эха и определение асимметрии ГЭП η по характерным параметрам модуляционного эффекта

где Δτ_1в и Δτ_1н - периоды высокочастотного и низкочастотного биений огибающей сигналов эха /2/ - Н.Е. Айнбиндер, А.С. Ажеганов, А.В. Данилов, И. В. Изместьев. / Изучение асимметрии ГЭП в поликристаллах импульсным методом ЯКР. // Радиоспектроскопия, Пермь, 1989, вып. 19. С 96. Он взят нами за прототип.

Данный способ имеет недостатки: 1) необходимость использования постоянного магнитного поля; 2) ограниченный диапазон (0,03 до 0,6) определяемой величины; 3) невозможность применения при достаточно широких линиях спектра ЯКР (~10²...10³) кГц, т.е. в случае, когда нельзя использовать эффект Зеемана.

Задачей данного изобретения является разработка способа определения параметра асимметрии градиента электрического поля в поликристаллах для широких линий спектра ЯКР.

Эта задача решается с помощью существенных признаков указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - способа определения параметра асимметрии градиента электрического поля (ГЭП) в поликристаллах, содержащих квадрупольные ядра со спином 3/2, включающего воздействие двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, регистрацию модуляции огибающей сигналов спинового эха и определение асимметрии ГЭП η по характерным параметрам модуляционного эффекта и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - модуляционный эффект наблюдает при изменении длительностей возбуждающих импульсов, при этом частота нутации ω_n ядерных спинов равна частоте ЯКР во вращающейся системе координат ω_вск, причем изменяют длительности импульсов как в отдельности, так и одновременно при заданном интервале τ между ними.

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

Во-первых, впервые предложен способ определения параметра асимметрии градиента электрического поля для широких (~10²...10³) кГц линий спектра ЯКР, когда невозможно непосредственно использовать эффект Зеемана.

Во-вторых, предложенный способ позволяет определять искомую величину без наложения внешнего магнитного поля, что приводит к простоте самого способа и простоте определения необходимого параметра.

В третьих, предложенный способ позволяет определять необходимый параметр тремя вариантами без особых изменений, что в конечном итоге приводит дополнительно к повышению точности определяемой величины.

Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок, раньше такие приемы не использовались для решения такой задачи.

Способ реализован с помощью устройства, описанного в А. с. СССР N 1163228, МКИ G 01 N 24/08, 1985, Бюл. N 23.

На фиг. 1, 2 и 3 приведены импульсные программы, которые используются при реализации способа, на фиг. 4, 5 - эффект модуляции амплитуды спин эхо ядер ⁶³Cu(J= 3/2) в Y₁Ba₂Cu₃O_7-d (местоположения Cu1 и Cu2, зависящие от связи с кислородом), который наблюдается при использовании программы на фиг. 3.

Амплитуда сигнала эхо при двухимпульсном возбуждении зависит от трех независимых временных параметров: длительности первого импульса t₁, длительности второго импульса t₂, и временного интервала τ между ними. При фиксировании τ можно наблюдать три варианта модуляционного эффекта огибающей сигналов спинового эха.

Первый вариант. Изменяем длительность первого импульса t₁ при заданных интервале τ между импульсами и длительности второго импульса t₂ = 180^o (фиг. 1). Временная зависимость амплитуды эхо определяется в случае поликристалла выражением

Второй варианат. Изменяем длительность второго импульса t₂ при заданных интервале τ между импульсами и длительности первого импульса t₁ = 90^o (фиг. 2). Временная зависимость амплитуды эхо определяется в случае поликристалла выражением

Третий вариант. Изменяем одновременно длительности первого t₁ и второго t₂ импульсов при заданном интервале τ между ними, при этом выполняем условие: t₂ = 2t₁.

Амплитуда эхо в этом случае для поликристалла описывается выражением

где ω_n = 2πν_n - частота нутации ядерных спинов, равная частоте ЯКР во вращающейся системе координат
H₁ - амплитуда радиочастотного поля;
θ и ϕ - полярный и азимутальный углы H₁ в системе главных осей ГЭП.

Из выражений (1)-(3) видно, что во всех трех вариантах предлагаемого способа модуляция амплитуды происходит с частотой нутации ω_n, а форма такая же, как в случае обычных сигналов индукции и эха.

На фиг. 4 и 5 показаны наблюдаемые эффекты модуляции амплитуды эха ⁶³Cu в ВТСП Y₁Ba₂Cu₃O_7-d (d > 0) на частотах 22,24 МГц (Cu1) и 31,13 МГц (Cu2). Длительность первого импульса изменяется от 1,4 до 7,6 мкс с шагом 0,2 мкг (длительность второго t₂ = 2t₁) при интервале между импульсами τ = 22 мкм. Линия ЯКР ⁶³Cu на частоте 31,13 МГц имеет значительную ширину (0,2 МГц), которая становится сравнима, а затем и превышает ширину спектра радиоимпульсов по мере увеличения их длительности. В результаты эксперимента внесена поправка, учитывающая сужение спектра радиоимпульсов. На фиг. 4 и 5 нанесены расчетные зависимости амплитуд эхо от длительности радиоимпульсов для случаев η =0,3 (Cu2) и η = 0,8 (Cu1). Из сопоставления картин модуляционного эффекта видно, что в позиции Cu1 (фиг. 4) параметр асимметрии ГЭП близок к 1, а в позиции Cu2 (фиг. 5) параметр асимметрии ГЭП η = 0,3.

Таким образом, имеется хорошее согласие теоретических расчетов и экспериментальных данных по предлагаемому способу, позволяющему определять величины асимметрии ГЭП для спектров ЯКР с широкими линиями, когда использование эффекта Зеемана невозможно.

Изобретение может быть использовано при анализе структуры и строения химических соединений. В способе определения параметра асимметрии градиента электрического поля (ГЭП) в поликристаллах, содержащих квадрупольные ядра со спином 3/2, включающем воздействие двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, регистрацию модуляции огибающей сигналов спинового эха и определение асимметрии ГЭП η по характерным параметрам модуляционного эффекта, модуляционный эффект наблюдают при изменении длительностей возбуждающих импульсов, при этом частота нутации ω_n ядерных спинов равна частоте ЯКР во вращающейся системе координат ω_вск, причем изменяют длительности импульсов как в отдельности, так и одновременно при заданном интервале τ между ними. Изобретение упрощает определение параметра асимметрии ГЭП, дает возможность излучать соединения с широкими спектральными линиями ЯКР и слабо разрешенной мультиплетной структуры спектров. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения параметра асимметрии градиента электрического поля в поликристаллах, содержащих квадрупольные ядра со спином 3/2, включающий воздействие двумя радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, регистрацию модуляции огибающей сигналов спинового эха и определение асимметрии градиента электрического поля η по характерным параметрам модуляционного эффекта, отличающийся тем, что модуляционный эффект наблюдается при изменении длительностей возбуждающих импульсов, при этом частота нутации ω_п ядерных спинов равна частоте ЯКР во вращающейся системе координат ω_вск.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют длительность первого импульса t₁ при заданных интервале τ между импульсами и длительности второго импульса t₂ = 180^o. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют длительность второго импульса t₂ при заданных интервале τ между импульсами и длительности первого импульса t₁ = 90^o. 4. Способ по п.1,отличающийся тем, что одновременно изменяют длительности первого t₁ и второго t₂ импульсов при заданном интервале τ между ними, при этом выполняют условие t₂ = 2t₁.