Способ получения сигналов спинового эхо Советский патент 1983 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к импупьсной Магниткой радиоспектроскопии и может быть использовано при исследованиях явпентйя репаксацин в парамагнитных средах Известен способ поп5гчеция сигналов спинового эхо, заключающийся в создании намагниченности образна, находяще1Х)ся. в неоднородном магнитном попе Н, в воздействии на образец импупьсной поспедоватепьности 90- и 18О градусных радио{1мпупьсов, разделенных промежутком времени,dt , и наблюдении сигналов спинового эхо в момент времени 2 At : после воздействия первым имзхудьсом Cll При этом направпедр поля Н и маг нитной составляющей Н радиоиьшупьса взаимно перпендикуляр№, параметры воздействующего 90-градусного радиоимпульса удовлетворяютусловие Т W2 ) где 2Г гиромагнитное отношение; С - длитепьшсть импульса; Л - вел$иина неоднородно уширенной а параметры 180-градусного paдиorav пyл : са удовлетворяют условие , j-H лшо к недостаткам способа можно отнести необходимость формирования коротких и мощных 180-градусных радиоимпульсов. Наиболее бпиэким к изобретению по технической сущности явпяется способ получения cvtpHanoB спинового эхо, заклю чающийся в создании намагниченности образна, помещенного в поляризующее не однородное постоянное магнитное поле, в воздействии на образец 90 градусного радиоимпульса. Кроме того, указанный способ предусматривает воздействие на образец последовательности из 180-градусных радиоимпульсов через промежутки времени &i ,2At , 24t с появлением поспедовательности сигналов эхо с умень шающейся по экспоненте амплитудой Г л Недостатками указанного способа яв ляются необходимость мощных .18О-градусных радиоимп5ттьсов, которые neiperpy жаюг входные цепи спектрометров, а так же недостаточная точность измерений характеристик исследуемых образцов. Цепью изобретения является повышени точности измерения ji упрошение способа получения сигналов спинового эхо. Поставленная цепь достигается тем, что согпасно способу получения сигнапов спинового эхо, заключающемуся в создании намагниченности образца, помещенного в поляризующее неоднородное постоянное магнитное поле, в воздействии на образец 90-градусного радиоимпульса, поляризующее неоднородное магнитное поле получают в виде суперпозиции высокооднородного магнитного поля и небольшой добавки неоднородного магнитного поля,однократно или периодически меняют направление добавки неоднородного магнитного поля после воздействия 9О-градусным радио -1Мпульсом и однократно или периодически получают сигнал спинового эхо. На фиг. 1 представлена упрощенная блок-схема датчика спектрометра с указанием направления и получения добавки неоднородного магнитного поля; на фиг. 2временные диаграммы воздействия 90градусного радиоимпульса и получаемые величины сигналов спинового эхо; на фиг, 3 и 4 - временные диаграммы и вид добавки неоднородного магнитного поля. Общими условиями для всех способов получения сигналов спинового эхо являются поляризация образца парамагнетику слабо неоднородным постоянным полем Н, переориентация вектора намагйиченност1я, образца в плоскость, перпендикулярную Н (либо 90-градусным радиоимпульсом, либо под действием магнитного поля Земли), а таюке компенсация фазовых расхожд тшй вращающихся в перпендикутшрной Н плоскости составляющих вектора намаг-: ниченности образца (либо инверсии фазы, т.е. 180-градусным радиоимпульсом, пибо изменением направления врашения, т.е. переключением полярности поля н). Сигнал эхо возникает в момент -полной компенсации. В предлагаемом способе указанные условия реализуются следующим . Парамагнетик поляризуется сложным магнитным полем Н (X,,2,tb(3) причем выполняются-условия , 1) ,Л4Н ЛЫй, (Ф) т.е. пенггральная частота парамагнитного резонанса определяется практически одк родным полем Н, а требуемая для воэникиовешш сигшпа спинового эхо мапая неоднородность обеспечивается небопьигам по величине полеы дН (х, 2 , i ), создаваемым везавксимо от Н специашьаой катушкой. Измене вне тока чер 1датушку 310 позволяет управпять полем ДН во време.ни. Поляризованный попем Не- обраееи парамагнетика возбуждается 9О-грааусным радиоимпульсом. После поворота вектора, дамагниченности образца в плоскость, перпендикулярную к I, элементарная i -ая составляющая вектора намагниченности прецессирует с частотой 01 ti и;„.- 5гИ.- где Н. - локальное поляризующее магнитное поле. Через время tj 3 27Т/лси все. элементарные составляющие BeijTopa намагниченности равномерно распределяются по всем направлениям в плоскости, перпендикулярной к п, приобретая по отношению к вектору, прецессирующему с цен тральной частотой IXIQ , фазовые сдвиги ДЧ 4u,-t где д Ч - фазовый сдвиг j -ой составляющей, а ди)-определяется соотношением-аы. ы.-Ыо -5лН(х,у,2Л) (ь) Через время t после подачи 90градусного радиоимпульса направление поля ДН(х,у, 2 , t ) меняется на противопопожное, что достигается пере кпючением направления тока в специальной катушке. Существенно, что при этом достигается не инверсия фазы, как в известных способах с применением 180-градусвого радиоимпульса, и не изменение направления вращения вектора намагниченйости, а изменение направления вращения элементарных составляющих вектора намагниченности по отношению к вектору, прецессирующему с центральной частотой. В итоге, в момент времени -t 2(ii фазовые сдвиги будут скомпенсированы, и возникдат сигнал спинового эхо. При повторении операции переключения полярности поля ДН(х, у, Z , t ) будут повторяться пиклы фазовых расхождений И схождений прецессирующих элементарных составляющих вектора иамагнйченностн образца, т.е. возникнет серия сиг вапов СЯ1ИНОВОГО эхо, характер уменьшения амплитуды которых будет определят ся присущим данному парамагнетику парамётром релаксации Фиг. 1 поясняет конструкцщо, позвопаютаую реализовать предлагаемый способ и содержащую полюса электромагнита, соответственно первый 1 и второй 2 11 соапаюшего однородное подмагничивоющее поле Н, две встречно-включенные части соответственно первую 3 и вторую 4, специальной катуюки, создающей поле ,дЯ (х,У 2 . t ) генератор 5 меандрообрЬзного напряжения питания катушки-. Геометрические размеры и положение частей катушки выбирают таким образом, чтобы на оси сиь метрии электромагнита Z , совпадающей по направлению с вектором Н, поле ЛН равнялось нулю, а в плоскости, перпендикулярной оси .2 , и симметрично относительно оси z меня- лось от -АН/2 до ЛН/2 по произвольному (например, линейному) закону в объеме исследуемого образца 6. При использовании цилиндрической катушки поле ЛН(х, у, z , t ) будет постоянным в плоскости X - у (в обычно небольшой зоне, занятой образцом 6), и может рассматриваться как дН (z,). На фиг. 1 условно изображена зависимость (линейная) попя дН(2 , i ) от координаты Z при прямом и обратном направлениях тока соответственно 7 и 8 в катушке относительно плоскости х - у 9. Фиг. 2 и 3 иллюстрируют временные соотношения при получении сигналов спинового эхо по данному способу. В момент времени -Ь О подается 90-градусный радиоимпульс 10 возбуждения. В момент времешш Л-fc i Л/2 5 27i /А WQ меняется полярность 1ЮПЯ дН (2 , t). как показано на фиг. 3, в момент времени 2 ДЬ возникает первый сигнал 11 спинового эхо. .Если частота 5. переключения попя un(t. , t) выбрана из соотношения -. 1 а 2 л-Ь т.е. период переключения Т , то сигналы 12-14 и т.д. спинового эхо будут появляться с частотой Q На фиг. 2 обозначена также огибаи тая 15 убывающих по амплитуде сигна- лов спинового эхо. Технически наиболее целесообразно использовать не меандрообразное измененве поля дН{ 2 ,rt), а синусоидальное, как показано на фиг. 4, что существенно упрощает экспериментальную аппаратур/. Пример. Твердый образец парамагнетика помещается в зазор постоянно10го магнита, с помощью которого намагничивают образец. Затем на образец накладывается градиент магнитного попя, создаваемый специальной катушкой, и одновременно па. образец воздействуют 90 градусным радкоимпупьсом., Эпементарцые составляющие намагниченности ,на чинают прецессировать вокруг направпения магнитного попя Н. Из-за наличия градиента магнитногчэ погш составляющие намагниченности приобретают разпич№1е набеги фазы и поэтому через промежуток времени д равномерно распредегшются плоскости, перпёндикупярной к Hanpaianeнию постоянного магнитного попя. 116 . При изменении знака градиента составгнюшие намагниченности начинают приобретать обратные набеги фазы, и в момент 2лt происходит полная компенсация набегов фаз и наблюдается сигнал спинового эхо (фиг. 2 и 3). Предлагаемый способ позволит упростить способ получения сигналов спинового эхо в серийно выпускаемых импульоных спектрометрах. При этом повышается точность измерений, обусловленная тем, что исчезают ошибки измерений, вызванные наличием 180-градусных радиоимпульсов и и неточностью настройки спектрометра на резо1шнсные условия.

H{2,t)

Фи2. 3

AH{2,t)