СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ ЭХА Российский патент 1999 года по МПК G01N24/08 G01R33/46 

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

Известен способ возбуждения дополнительных сигналов эха, включающих двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов отклика на них /1/ - В.С. Гречишкин, Е.М. Шишкин Двухчастотное спиновое эхо с разделением времени// ФТТ. 1974. Т. 16. N 5. С. 1542-1544.

Недостатком данного способа является невозможность наблюдения всех (четырех) дополнительных сигналов эха при двухчастотном воздействии на трехуровневую квадрупольную спин-систему.

Известен также способ возбуждения дополнительных сигналов эха, включающий двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них /2/ - В.С. Гречишкин, Н.Е. Айнбиндер Двухчастотное возбуждение квадрупольного спинового эха// Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. N 3. С. 87-89. Он взят нами за прототип.

Однако этот способ имеет ряд недостатков: малую чувствительность и низкую точность. Это связано с тем, что интенсивность двухчастотных дополнительных сигналов мала. Поэтому не всегда можно наблюдать все четыре дополнительных сигналов спинового эха.

Задачей данного изобретения является разработка способа возбуждения всех дополнительных сигналов двухчастотного эха, обладающего высокой чувствительностью.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - способа возбуждения дополнительных сигналов эха, включающего двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - сначала на верхнем переходе подают радиочастотный импульс с длительностью Δt, после его окончания - первый импульс на нижнем переходе, затем - через время τ, где а T₂ ¹ и T₂ ² - времена поперечной релаксации нижнего и верхнего переходов, одновременно пару радиочастотных импульсов с частотами заполнения, равными частотам верхнего и нижнего переходов, причем длительность Δt первого импульса на верхнем переходе устанавливают по максимумам дополнительных сигналов.

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

Предложенный способ возбуждения всех дополнительных сигналов эха позволяет повысить амплитуды всех откликов за счет применения специальной импульсной программы двухчастотного воздействия на трехуровневую квадрупольную спин-систему.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок, раньше такая задача таким образом не решалась.

На фиг. 1. приведена схема уровней и переходов трехуровневой (J = 5/2) квадрупольной спин-системы; на фиг. 2 - импульсная программа двухчастотного возбуждения сигналов спинового эха, позволяющая наблюдать все дополнительные сигналы эха с большой амплитудой.

Рассмотрим возбуждение дополнительных сигналов эха по программе на фиг. 2. Сначала подается радиочастотный импульс длительностью Δt на переходе 5/2 - 3/2 с частотой заполнения, равной ω_m+1,m. После окончания этого импульса подается радиочастотный импульс на переходе 3/2 - 1/2 с частотой заполнения этого перехода - ω_m,m-1. Через время τ < T(cp)2

, где а T₂ ¹ и T₂ ² - времена поперечной релаксации переходов 3/2 - 1/2 и 5/2 - 3/2, подаются одновременно два РЧ импульса на каждом переходе с частотами заполнения, равными ω_m+1,m и ω_m,m-1.
На частоте ω_m+1,m наблюдаются:
первый сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

второй сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени
t = 2(Δt+τ);
третий сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

На частоте ω_m,m-1 наблюдаются:
первый сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени
t = Δt+2τ;
второй сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

третий сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

Здесь

где H₁ и t_W - амплитуда и длительность импульсов РЧ поля, линейнополяризованного вдоль оси X ГЭП (i-нумерует порядок импульсов, а "1" и "01" относятся соответственно к переходам (m<--->m-1) и (m+1<--->m); (I'_x) m, m-1 и (I'_x) m+1, m - элементы матрицы оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_a. Функции A_i(x_i, Y_i), B_i(x_i, Y_i) являются тригонометрическими функциями угловых длительностей радиочастотных импульсов: ω_m,m-1 - частота нижнего перехода, ω_m+1,m - частота верхнего перехода, ω_m+1,m-1= ω_m,m-1+ω_m+1,m - частота двухквантового перехода.

Выражения (1), (3), (5) и (6) относятся к амплитудам двухчастотных дополнительных сигналов эха. Амплитуды всех наблюдаемых сигналов пропорциональны ω_m+1,m. Местоположение дополнительных сигналов эха зависит от отношения частот ω_m+1,m,ω_m,m-1,ω_m+1,m-1, длительности Δt первого импульса на верхнем переходе, а также временного интервала τ между первыми и вторыми импульсами на обоих возбуждаемых переходах.

Амплитуды дополнительных сигналов эха в прототипе пропорциональны а в предлагаемом изобретении ω_m+1,m. Так как в случае трехуровневых квадрупольных спин-систем для полуцелых спинов ω_m+1,m > ω_m,m-1. то , т. е. получен выигрыш в чувствительности раз.

Поведение амплитуд дополнительных сигналов эха очень чувствительно к различным проявлениям внешнего воздействия (давления, магнитного поля, электрического поля и температуры) и внутренних взаимодействий, связанных со структурой и строением вещества, то повышение чувствительности приведет к повышению точности изменяемых параметров.

Предлагаемое изобретение проверено на образцах, содержащих квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой: перренатах лития, серебра, калия и натрия (резонанс ядер 185,187_Re, J - 5/2).

Изобретение может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений. Сущность изобретения заключается в возбуждении дополнительных сигналов эха, включающем двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них. Сначала на верхнем переходе подают радиочастотный импульс с длительностью Δt, после его окончания - первый импульс на нижнем переходе, затем - через время τ, где а T₂ ⁽¹⁾ и T₂ ⁽²⁾ - времена поперечной релаксации нижнего и верхнего переходов, одновременно пару радиочастотных импульсов с частотами заполнения, равными частотам верхнего и нижнего переходов, причем длительность Δt первого импульса на верхнем переходе устанавливают по максимумам дополнительных сигналов. Изобретение позволяет наблюдать все дополнительные сигналы эха с максимальной амплитудой. 2 ил.

Способ возбуждения дополнительных сигналов эха, включающий двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них, отличающийся тем, что сначала на верхнем переходе подают радиочастотный импульс с длительностью Δt, после его окончания - первый импульс на нижнем переходе, затем - через время τ, где а T₂ ⁽¹⁾ и T₂ ⁽²⁾ - времена поперечной релаксации нижнего и верхнего переходов, одновременно пару радиочастотных импульсов с частотами заполнения, равными частотам верхнего и нижнего переходов, причем длительность Δt первого импульса на верхнем переходе устанавливают по максимумам дополнительных сигналов эха.