Способ наблюдения структуры неоднородно уширенных линий ядерного магнитного резонанса Советский патент 1984 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к радиоэлектронике и предназначено для ис-следования ферромагнитных веществ методом импульсного ядерного магнитного резонанса (ЯМР), например

кристаллов, различных взаимодействий в них, а также быстро протекающих

процессов, вследствие которых возмо жны структурньзе изменения неоднородно уширенных линий ЯМР.

Известен способ скоростного наблюдения структуры неоднородно уширенных линий с одноимпульсным зоз букчдением и последующим Фурье-преобразованием сигнала эха 1.

Недостатком известных Фурье-спект рометров ЯМР, затрудняющим их применение в ЯМР спектроскопии ферромагнитных веществ, является ограниче;:ность частотного интервала одноимпульсного возбуждения (менее 1 мгГц Для охвата более широкого диапазона частот в этих спектрометрах так же как и в более простых, использующих двухимпульсное возбуждение, применяется медленная перестроЯ :а ра-бочей частоте:,.

Наиболее близким к предлагаемому является способ наблюдения структуры неоднородно уширенных линий ЯМР, включающий последовательную регистрацию спинового эха от расположенных один за другим участков исследуе мой линии, последОБа.ге.гььо возбуждаемых дв).-.-:: идентггчкьлми постоянными по оГ/плитуде HKnyj bca;;;: с интервалом мэ;-:,пу пигли,, равнь м одной чеТверток части временгт сп1-и:-спи;:овой релаксации исследуемой счстемь: Т,;; Со:г,пасно этому способу м:;нимальное зрамя однократногО 7ро,с/лде;;ия исследуе юй оОпасти спгктра .:осга зляет 2 л.; (Т.| - время спип-ре леточной р8лаксаи ;;и) ,- одна;со так .сак кнтенсив 1ости сигна;дОБ квадрупс;/, эха малы,, необходимо гфоведенне процецурк нако, по:чезногО сигнала что к 10 - с О раз yBSjiij-iUBa A время нг,бл:оХ еч;1Я;, 15сл.:едотз1-:е з-:ого искл;:)чается возможность неслецованик процессов.- время протекан11Я ;{огорых меньше; чем Т ,. и которые окозывают влияние , кг форму неоднородно :;iиue ; нык jiwHVifi магнитного резонанса,, К недостаткам способа с:ледует сгнести сложность ;ехнической реализации автоматической сопряженно:; перестройки возбуждающего генератора и приемного устройства;, а также наличие ступе1чато1о измен::;:;ия частоты,, приводящего ; искаженн-о ф-орнь спектра о

Цель изобретения - сокра:еиие времени проведения единично::ю экоперр.мента г.

Постав ленная uejib достигается, тем,, что соглзсю способу наблюдения структуры нео1;,:-;ородно ушр рекнь х лиНИИ ядерного магнитного резонанса, включающему последовательную регистрацию спинового эха от расположенных один за другим участков исследуемой линии, последовательно возбуждаемых двумя идентичными постоянными по амплитуде импульсами с интервалом ними, равным одной четвертой части времени спин-спиновой релаксации исследуемой системы Tg,дополнительно вводят внутриимпульсную линеймодуляцию с девиацией,

ную чаототную равной ширине исследуемой линии7распропускани.я приемного ширяют полосу устройства до значения, определяемого глубиной модуляции, устанавливают длительность радиочастотных импульсов равной одной шестой Tg, а амплитуду равной одной четвертой части ширины структурных максимумов линии, и регистрируют структуру линии по форме сигнала эха в течение промежутка времени, равного длительности возбуждающего импульса.

На Чсфтеже приведена частотновременнс1Я Д1аграм11.1а, поясняющая механизм формирования сигнала эха. В левой части чертел а дана функция формы ) неоднрродно уширенной линии ЯМР со структурой, обусловленной, например, квадрупольным расщиплением. В правой части чертежа представлена временная последовательность и зависимость частоты действующих на исследуемое вещество импульсов 1 и 2 от времени с по схеме двухимпульсног-о возб- /ждения спектра На действующие имп-ульсы накладываются следующие: условия,

1 „ Амп.литуда импульсов в течение ,-j;.; д ей с т в и я п о с т о я н н а.

2„ /Амплитуда и.мпульсов, выраженная в частотных единицах, меньше ширины отдельного мак.симума структуры -1 е од н о р о дно уширен н о и л и н и и, т.е.

(1)

19 г

гирома1нитное отношение для рассматр: ваемых ядер; амплитуда радиочастотного (РЧ) поля в импульсе, выраженная в единицах напряженности махччитного поля - Г-ауссах ;

коэффициент усиления для д.анного ферромагнетика; ширина на полувысоте отдель1/2ной линии структуры. 3. }3о время действия импульсов Т,, и Irt вводится внутриимпульсная линейная частотная модуляция с амплитудной девиации,- охватывающей определенную Часть или всю неоднородно уширенную линию ЯМР, Для наглядности область спектра ЯМР, охватываемая внутриимпульской модуляцией, на. чертеже за1.три;ована , 4, Задержка между импульсами ч, и их длительности должны удовлетворять условиям Т--, , 2 ; f Г с-Г 1 2 3«А Исходя из общих условий, необходи ыx для формирования эха, а также на основе последующего рассмотрения условия (1) - (3) могут быть уточне ны 0,25 ,,25 2 ,-% О,7t;, При этом предполагается, что для многодоменных ферромагнетиков Т (3-5) Т. Формирование сигнала эх (При воэдействии частотно-модулированных (ЧМ) импульсов на неоднородн уширенную линию магнитного резонанс качественно может быть понято из следующего рассмотрения: первый импульс F4 поля последовательно (во времени) возбуждает изохроматы намагниченностей в интервале частот от f до 2, вследствие чего у каждой изохроматы появляется перпендикулярная к Сверхтонкому Сзатическом полю прецессирующая намагниченность Так, в момент ц возбуждается групп изохромат в районе собственной частоты f f и т.д. в момент Ввиду того, что амплитуда возбуждаю щего поля мала (условие () , велич ны перпендикулярных намагниченнос.тей.также будут малыми, и в первом приближении их взаимодействием, а также влиянием приближающегося и уд ляющегося во времени РЧ поля можно пренебречь. Таким образом, действие первого ЧМ импульса на неоднородно уширенную линию в области f аналогично действию импульса с фиксированной частотой f и длительностью гораздо меньшей, чем IT по окончании которого поведение изохромат в области частот f носит обычный характер распада, обуславливающего сигнал свободной индукции (аналогич но действие первого импульса в областях f и т.д. до fj, т.е. по все заштрихованнор на чертеже области спектра). Второй импульс последовательно во времени в моменты ... ...t...t отклоняет на определенны угол перпендикулярные составляющие немагниченностей изохромат в областях f...f2-. создавая тем самы необходимые для формирования сигналов эха условия в моменты t..... ...ц. Очевидно, что моменты t,... ... отстоят от соответствуюЩих начальных моментов возбуждения t...t2...t на интервал 2 . Так как амплитуда сигнала зха пропорциональна (при малых углах поворота изохромат намагниченностей) количеству изохромат в области частоты возбуясдения, то наблюдаемая в интервале картина будет соответствовать функции формы g(f) в интервале f - f . Можно ожидать, что на регистрирующем устройстве (обычно это экран осциллографа) будет наблюдаться развернутая во временивозбужденная часть неоднородно уширенной линии, т.е. форма сигнала эха будет отражать форму g(f). При наличии узких квадрупольных (или иного происхождения) линий на участке возбуждения f, последние наблюдаются в виде максимумов на огибающей формы э-ха, астотное положение которых легко о;;ределить уже известными в импульсной радиоспектроскопии способами, Существенной особенностью предлагаемого способа является то, что процесс возбухудения и регистрации спект,ра непродолжителен во времени и Составляет величину порядка 3 f : Т Сокращение времени наблюдения обусловлено тем, что прохождение по спектру осуществляется в течение времени действия возбуждающего импульса. Знутриимпульсная частотная модуляция осуществляется с глубиной 4 мгГц, что позБОлкет в единичном эксперименте наблюдать структуру участка с 2%-но: о- -носителькой шириной за время, равное 40 мкс. В качестве объекта, на котором могут быть проверены некоторые возможности предлагаемого способа, был взят образец ферромагнитного вещества Мп Sb. В этом интерметаллическом соединении при комнатной температуре спектр ЯМР состоит из линии на частоа.с 228 мгГц с общей шириной В мгГп, Эта широкая линия расщеплена за счет квадрупольного взаимодействия на пять более узких линий с ширинами л,2 0,5-0,6 мгГц и расстоянием ме)вду ними 1,4-1,5 мгГц, Времена, релаксации составляют: Т 200 мкс; Т, - 60 МКС. Измерения согласно способу-прототипу имеют следующие параметры: минимальное время прохождения поддиапазона с центральной частотой 18 мгГц и шириной 4 мгГц составляет 2,6 с, а участка с 2%--яой относительной шириной - Of05 с„ Таким образом, предлагаемый способ дает сокрашение времени наблюдения по сравнению с прототипом более, ,чем в 1000 раз. Использованием предложенного способа набл:одения структуры неоднородно умиренных линий ЯМР ферромагнитных веществ достигаются следующие преимущества:

наблюдение структуры неоднородно уширенных линий ЯМР может быть выполнено за малый промежуток времени порядка, 3, т.е. меньше времени спинспиновой релаксации исследуемой системы:

Измерения частотного положения структурных максимумов неоднородно уширенной линии ЯМР могут быть выполнены за короткое время, в течение нескольких секунд, а при предварительной градуировке по частоте временного участка наблюдения - за 2030 МКС, что дает возможность исследовать.быстро протекающие процессы, вследствие которых возможны малые смещения резонансных частот или иные изменения формы неоднородно уширенных линий, как, например, под действием ударных давлений, импульсных постоянных, по направлению полей и т.д.

СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ СТРУКТУРЫ НЕОДНОРОДНО УШИРЕННЫХ ЛИНИЙ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, включающий последовательную регистрацию спинового эха от расположенных один за другим участков исследуемой ли::ии, последовательно возбуждаемых двумя идентичными постоянными по амплитуде импульсами с интервалом между ними, равным одной четвертой части времени спин-спиновой релаксации исследуемой системы Т2, о т л ичающийс я тем, что, с целью сокращения времени проведения единичного эксперимента,вводят внутриимпульсную линейную частотную модуляцию с девиацией, равной ширине исследуемой линии, расширяют полосу пропускания приемного устройства до значения, определяемого глубиной модуляции, устанавливают длительность радиочастотных импульсов равной одной шестой Т , а амплитуду равной одной четвертой части ширины струн- 5S турных максимумов линии, и регистрикл руют структуру линии по форме сигнала эха в течение промежутка времени, с равного длительности возбуждаюшего импульса. СО СП) СП со