СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ СИГНАЛОВ КВАДРУПОЛЬНОГО СПИНОВОГО ЭХА Российский патент 2000 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений, а также при разработке различных радиофизических и радиотехнических систем и устройств, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотными полями.

Известен способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, двумя радиочастотными импульсами с временным интервалом τ между ними и с частотой заполнения, равной ω_Q+Δω_Q (или ω_Q-Δω_Q), где ω_Q - резонансная частота возбуждаемого перехода, Δω_Q - расстойка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР, и регистрацию сигналов эха на частоте ω_Q+Δω_Q (или ω_Q-Δω_Q) [1] - Д. Я. Осокин. Импульсные спинлокинг в ядерном квадрупольном резонансе ¹⁴N. ЖЭТФ. 1983. T. 84. N 1. С. 118-122.

Данный способ не позволяет наблюдать сигналы спинового эха с максимальной амплитудой (т.к. ее величина уменьшается в зависимости от величины расстройки), а также исследовать влияние расстройки на спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Известен также способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, двумя радиочастотными импульсами с временным интервалом τ между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω_Q возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте [2] - E.L. Hahn. Spin Echoes. Phys Rev. 1950. V 80. P. 580-584 (прототип).

Данный способ не позволяет исследовать влияние расстройки на спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Задачей данного изобретения является разработка способа наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, позволяющего изучать влияние расстройки на спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, двумя радиочастотными импульсами с временным интервалом τ между ними, регистрацию сигналов эха на резонансной частоте возбуждаемого перехода - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков: устанавливают частоту заполнения одного из импульсов равной ω_Q+Δω_Q, а частоту заполнения другого импульса равной ω_Q-Δω_Q, где ω_Q - резонансная частота возбуждаемого перехода, а Δω_Q - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР. Причем радиочастотные импульсы с такими частотами заполнения подают различными способами.

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

Во-первых, предложен способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными ω_Q+Δω_Q, ω_Q-Δω_Q.
Во-вторых, такой способ позволяет возбуждать и наблюдать сигналы с широкими линиями ЯКР.

В-третьих, такой способ возбуждения сигналов эха позволяет наблюдать их с максимальной амплитудой.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что такой способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха не обнаружен. Он обладает новизной и изобретательским уровнем.

Способ реализован с помощью двухчастного импульсного спектрометра ЯКР (а.с. СССР N 1132207, МПК G 01 N 24/10, 1984. Бюл. N 48) с добавкой третьего датчика и приемника. Один канал настраивается на частоту ω_Q+Δω_Q, а другой - на частоту ω_Q-Δω_Q, регистрация сигнала эха проводится на частоте ω_Q, на которую настроены третий датчик и приемник.

На фиг. 1 и 2 приведены импульсные программы, с помощью которых реализован предлагаемый способ. Они отличаются условиям возбуждения сигналов эха.

Рассмотрим более подробно два таких способа наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха на примерах двухимпульсного возбуждения.

Сначала воздействуем на образец, содержащий квадрупольные ядра, двумя РЧ импульсами с временным интервалом τ между ними. Для двухимпульсной программы возможны два варианта;
1. Частота заполнения первого импульса ω_Q+Δω_Q, а второго импульса ω_Q-Δω_Q, (фиг. 1).

2. Частота заполнения первого импульса ω_Q-Δω_Q, а второго импульса ω_Q+Δω_Q, (фиг. 2).

Если воздействовать на образец по программе на фиг. 1, то наблюдается сигнал эха с амплитудой
(1)
в момент времени

Если воздействовать на образец по программе на фиг.2, то наблюдается сигнал эха с амплитудой
(2)
в момент времени

Здесь (I'_x)m, m-1 - элемент матрицы оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана Η_Q; являются тригонометрическими секциями угловых длительностей радиочастотных импульсов: ω_Q/- резонансная частота возбуждаемого перехода: Δω_Q - расстойка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР: τ - временной интервал между первым и вторым импульсами: m - магнитное квантовое число.

Из выражения (1) и (2) видно, что амплитуда наблюдаемых сигналов эха практически не изменилась (как в прототипе), а местоположение сигналов зависит от условий возбуждения (отличается от прототипа).

Реализация предлагаемого изобретения проведена на ⁶³Cu в Y₁, Ba₂Cu₃O_7-d (d > 0) на частоте 31,13 Мгц (Т = 297 К). Ширина этой линии ЯКР ~ 200 кГц. Один канал настраивается на частоту (31,13 + 0,1) МГц, другой - на частоту (31,13 - 0,1) Мгц, наблюдение ведется на частоте 31,13 МГц. При больших значениях τ хорошо наблюдается сдвиг (относительно сигналов типа Хана) в местоположениях сигналов эха.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет возбуждать и наблюдать сигналы с широкими линиями ЯКР, получать дополнительную информацию о структуре и строении химических соединений, исследование которых ранее было затруднительно.

Изобретение относится к радиоспектроскопии, а именно к изучению структуры и строения химических соединений с помощью ЯКР. Способ включает воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, двумя радиочастотными импульсами с временным интервалом τ между ними, с частотой заполнения одного из импульсов ω_Q+Δω_Q, и с частотой заполнения другого импульса ω_Q-Δω_Q, где ω_Q - резонансная частота возбуждаемого перехода, Δω_Q - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР. Регистрацию сигналов спинового эха проводят на резонансной частоте. Техническим результатом изобретения является получение дополнительной информации о структуре и строении химических соединений вследствие наблюдения сигналов эха широких линий ЯКР. 2 ил.

1. Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, двумя радиочастотными импульсами с временным интервалом τ между ними, регистрацию сигналов эха на резонансной частоте возбуждаемого перехода, отличающийся тем, что устанавливают частоту заполнения одного из импульсов равной ω_Q+Δω_Q, а частоту заполнения другого импульса равной ω_Q-Δω_Q, где ω_Q - резонансная частота возбуждаемого перехода, Δω_Q - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают первый РЧ импульс с частотой заполнения, равной ω_Q+Δω_Q, а второй РЧ импульс с частотой заполнения, равной ω_Q-Δω_Q.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают первый РЧ импульс с частотой заполнения, равной ω_Q-Δω_Q, а второй РЧ импульс с частотой заполнения, равной ω_Q+Δω_Q.в