СПОСОБ ПОИСКА И РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ ЯДЕРНОГО КВАДРУПОЛЬНОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 2008 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано как в импульсных спектрометрах ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР), предназначенных для фундаментальных научных исследований, так и в аппаратуре для дистанционного обнаружения взрывчатых веществ (ВВ) и наркотиков.

Практически все ВВ и наркотики имеют в своем составе атомы азота, ядра которого обладают квадрупольным моментом, и, следовательно, в этих соединениях возможно наблюдение спектров ЯКР. Однако их интенсивность крайне низка, так как частоты ЯКР азота N¹⁴ в данных веществах невысокие (0,7-6 МГц), что требует многократного накопления сигналов ЯКР. Для его сокращения используются когерентные многоимпульсные последовательности [1-3].

Известен способ поиска и регистрации спектров ЯКР, используемый также для обнаружения ВВ и наркотиков, включающий облучение исследуемого вещества многоимпульсной последовательностью, каждый импульс в которой имеет сдвиг по фазе на 180° по отношению к предыдущему, при совпадении частоты радиочастотного поля последовательности с частотой ЯКР вещества возникают переходные сигналы, накопление этих сигналов и их последующая обработка [см. а.с. № 958935, МПК G01N 24/00).

Известен также способ обнаружения взрывчатых веществ, включающий облучение исследуемого вещества, предмета двумя многоимпульсными последовательностями с последующим накоплением и обработкой сигнала (см. а.с. № 1824559, МПК G01N 24/00).

Недостатками данных способов являются низкая чувствительность на частотах ЯКР N¹⁴ большинства наркотиков и взрывчатых веществ 0,7-6 МГц и, следовательно, небольшое отношение сигнал/шум, ведущее к неверному результату, а также требующее длительного накопления и, следовательно, увеличения времени детектирования исследуемого вещества.

Технической задачей данного изобретения является сокращение времени детектирования и увеличение чувствительности при исследовании вещества методом ядерного квадрупольного резонанса.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе поиска и регистрации спектров ядерного квадрупольного резонанса с помощью многоимпульсной последовательности, включающем облучение исследуемого вещества многоимпульсной последовательностью, где каждый импульс имеет сдвиг по фазе на 180° по отношению к предыдущему, накопление сигналов ЯКР и их последующую обработку, многоимпульсная последовательность состоит из двух частей, первая из которых, длительностью 0,7T₁ включает подготовительный 90°-й импульс и следующую за ним последовательность 180°-х импульсов, а вторая часть последовательности включает в себя пары 90°-х импульсов.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемое вещество, помещенное в катушку колебательного контура ЯКР спектрометра, облучается многоимпульсной последовательностью с альтернирующими фазами, состоящей из двух частей, первая из которых длительностью 0,7T₁ состоит из подготовительного 90°-го импульса и следующих за ним пар 180°-х импульсов, фазы радиочастотного заполнения которых отличаются на 180°, вторая часть последовательности включает в себя 90°-е импульсы с такими же фазами.

Теоретическое и экспериментальное исследование двух наиболее часто применяемых в ЯКР последовательностей (многоимпульсного спин-локинга (МПСЛ) φ_y-(τ-ϕ_х-τ)_n и многоимпульсной последовательности с альтернирующими фазами (МПАФ) φ_х-(τ-ϕ_-х-2τ-ϕ_х-τ)_n) выполнено в работе [4]. Здесь φ - угол поворота вектора ядерной намагниченности подготовительным импульсом, ϕ - угол поворота импульсом последовательности, x и y - оси в спиновом пространстве, вдоль которых направлен вектор радиочастотного поля, n - число циклов в последовательности, τ (2 τ) - интервал между импульсами в цикле.

Результаты эксперимента приведены на чертеже, на котором показаны огибающие сигналов эха в МПАФ на частоте перехода f₊₀=4,93125 МГц при температуре 77К для случаев: φ=ϕ=90°-1 и 2φ=ϕ=180°-2; τ=0,5 мс. Из них следует, что максимум переходных сигналов имеет место после первого импульса 180°-й МПАФ с 90°-м подготовительным импульсом и равен интенсивности сигнала эха. Затем их интенсивность спадает до нуля за время порядка времени спин-решеточной релаксации T₁. Интенсивность переходных сигналов в 90°-й последовательности составляет 1/2 максимальной интенсивности и не зависит ни от числа циклов, ни от наличия или отсутствия 90°-го подготовительного импульса.

Следовательно, в случае, когда время обнаружения сигнала должно быть не больше времени, соответствующего двукратному уменьшению интенсивности сигналов в последовательности (порядка 0,7 T₁), или когда увеличение чувствительности за это время достаточно для уверенного обнаружения сигнала, целесообразно использовать 180°-ю многоимпульсную последовательность. 90°-я последовательность может дать значительно большее увеличение чувствительности, если время поиска составляет несколько десятков T₁. Обычно при поиске ВВ и наркотиков отводится 10-20 сек (T₁ в представляющих интерес соединениях при комнатной температуре не более одной-двух секунд).

Из приведенного выше анализа следует, что для получения максимального выигрыша в чувствительности наиболее целесообразно использовать комбинированную последовательность. Ее начальный участок длительностью 0,7T₁ должен состоять из 180°-й последовательности, а следующий за ним из 90°-й последовательности.

Аналогичные исследования МПСЛ опубликованы в [5]. В этих статьях приводятся также теоретические исследования, которые полностью соответствуют эксперименту.

Источники информации

1. R.A.Marino, S.A.Klainer, J. Chem. Phys., 67, 3388 (1977).

2. Д.Я.Осокин. Авторское свидетельство 958935, МПК G01N 24/00. «Способ поиска и регистрации спектров ядерного квадрупольного резонанса», 25.09.82.

3. В.Г.Кузнецов, С.Д.Коблев. Авторское свидетельство 1824559 А1, МПК G01N 24/00. «Способ обнаружения взрывчатых веществ с использованием ядерного квадрупольного резонанса», 14.05.91.

4. D.Ya.Osokin. Molec. Phys., 48, No.2283 (1983).

5. D.Ya.Osokin. Journ.Molec.Struct., 83243 (1983).

Использование: для поиска и регистрации спектров ядерного квадрупольного резонанса. Сущность: заключается в том, что осуществляют облучение исследуемого вещества многоимпульсной последовательностью, при этом каждый импульс имеет сдвиг по фазе на 180° по отношению к предыдущему, накопление сигналов ЯКР и их последующую обработку, отличающийся тем, что многоимпульсная последовательность состоит из двух частей, первая из которых, длительностью 0,7Т₁, включает подготовительный 90°-й импульс и следующую за ним последовательность 180°-х импульсов, а вторая часть последовательности включает в себя пары 90°-х импульсов. Технический результат: сокращение времени детектирования и увеличение чувствительности при исследовании вещества методом ядерного квадрупольного резонанса. 1 ил.

Способ поиска и регистрации спектров ядерного квадрупольного резонанса с помощью многоимпульсной последовательности, включающий облучение исследуемого вещества многоимпульсной последовательностью, при этом каждый импульс имеет сдвиг по фазе на 180° по отношению к предыдущему, накопление сигналов ЯКР и их последующую обработку, отличающийся тем, что многоимпульсная последовательность состоит из двух частей, первая из которых, длительностью 0,7Т₁, включает подготовительный 90°-й импульс и следующую за ним последовательность 180°-х импульсов, а вторая часть последовательности включает в себя пары 90°-х импульсов.