Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса анизотропных веществ Советский патент 1985 года по МПК G01N24/10 

I , Изобретение относится к области технической физики, в частности к технике электронного перамагнитного резонанса (ЭПР), и может быть использовано в экспериментах по исследованию анизотропных свойст парамагнитных веществ. Цель изобретения - повышение разрешающей способности путем разделения перекрывающихся компонент спектра по степени анизотропии. На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлага мого способа в радиоспектрометре ЭПР; на фиг. 2-6 спектры ЭПР анизо тропного образца (ионы Сг в , зарегистрированные известным и пред лагаемым способами. Устройство состоит из резонатор 1, размещенного между полюсами электромагнита 2, блока 3 управлени магнитным полем, блока СВЧ.4, дополнительных катушек 5 и 6, создающих переменные -магнитные поля, блока 7 модуляций, управляемого фазовращателя 8, 90 фазовращателя 9, фазового детектора 10, нульдетектора 11, блока 12 установки фа зы, переключателя 13 цепи обратной связи.. Регистрация спектров ЭПР анизотропных парамагнитных в.еществ осуществляется следующим образом. Исследуемый образец помещаетсй в измерительный резонатор 1, расположенный между полюсами электромагнита 2, подключенного к блоку 3 управ ления магнитным полем. Сверхвысокочастотное поле возбуждается в измерительном резонаторе 1 с помощью блока СВЧ 4. Две пары катушек 5 и 6 создают переменные магнитные поля, направления которых ортогональны друг к другу и направлению поляризующего магнитного поля электромагнита. Сигнал модуляции формирует ся в блоке 7 модуляции, который через управляемый фазовращатель 8 подключен к входу катушек 6 и через 90 -фазовращатель 9 - к входу катушек 5, чем обеспечивается сдвиг по фазе на 90 между переменными ма нитными полями этих катушек. При наличии взаимно ортогональных магнитных Полей с амплитудами и Н , отличающими по фазе И на 90, для i-и спектральной 45 линии условие резонанса выглядит следующим образом: ..,A.,r.( ; mv /, V. c(fct V тора по углу d.j , образованному осью z -и направлением на конец вектора переменного магнитного поля Ну) фаза5 А- амплитуда i-и спектральной линии, Б отличие от известного способа ри выполнении условия резонанса а выходе блока СВЧ 4 формируется сигнал ЭПР на частоте модуляции . A.sin(. ) где Y- форма i-и спектральной линии поглощения. При этом сигнал ЭПР в пределах каждой анизотропной спектральной линии име.ет свое значение фазы У. относительно фазы сигнала модуляции, характерное для этой линии. Непрерывно измеряя разность фаз между сигналом ЭПР и сигналом модуляции в функции поляризующего магнитного поля, можно построить фазовую характеристику спектра (H).CH) , . () ВИДкоторой зависит от соотношения между фазами сигнала-от каждой анизотропной спектральной линии и от степени их перекрытия. Детектирование фазы сигнала ЭПР осуществляется фазовым детектором 10, на опорный вход которого поступает сигнал с выхода блока 7 модуляции, сдвинутый по фазе на 90° относительно сигнала модуляции, т.е. сигнал, изменяющийся по закону cos fit, Сигнал на выходе фазового дектора 10 пропорционален амплитуде и фазе регистрируемого сигнала ЭПР. Для измерения фазы сигнала используется компенсационный метод. 3 Нуль-детектор 11 поддерживает нулевой уровень сигнала на выходе фазового детектора, что осуществля ется подстройкой фазы модулирующего сигнала с помощью управляемог фазовращателя 8 на величину (при разности фаз регистрируемого и опорного сигналов в 90 сигнал на выходе фазового детектора 10 равен нулю). При этом уровень, упра ляющего сигнала на выходе нульдетектора 11 пропорционален величи не фазы регистрируемого сигнала ЭПР 1. Фазовая характеристика спектра ЭПР имеет .выраженные экстремумы, которые, следуя выражениям (2) и (5), обусловлены различием в сте пени анизотропии у перекрывающихся спектральных линий. На фиг. 2 в качестве примера приведен спектр 14 поглощения аниз тропного образца (ионы в , A1jOg), представляющий собой резул тат наложения двух спектральных лин (кривые 15 и 16), принадлежащих ис1нам хрома, находящимся в различных квантовых состояниях. На фиг. 3 представлен спектр ЭП в виде первой производной сигнала поглощения, зарегистрированный известным способом . Фазовая характеристика спектра ЭПР приведена на фиг. 4, на ней четко выражены два экстремума, наличие которых указывает на то, что спектр ЭПР состоит из двух спектральных линий, отличающихся степенью анизотропии (раз личие знаков экстремумов кривой на фиг. 4 обусловлено разными знаками анизотропии спектральных лини 15и 16). 454 На фиг. 2 приведен также пример раздельной регистрации спектральных линий 15 и 16 на выходе фазового детектора 10 при отключении с помощью перекл очателя 13 цепи обратной связи с выхода нуль-детектора 11 (в этом случае осуществляется ручная подстройка фазы модулирующего напряжения с помощью блока 12 установки фазы). При установке фазы V, происходит подавление второй спектральной линии 16 и регистрируется только линия 15. Первая производная этой линиидана на фиг. 5. При установке фазы модулир-ующего напряжения Lfj 24 регистрируется только линия 16. Первая производная этой линии поглощения дана на фиг. 6. Спектры ЭПР зарегистрированы на радиоспектрометре фирмы Вариан Е-112, в который введены дополнительные устройства. Частота модуляции составляет 1 кГц, катушка поперечной модуляции поляризующего магнитного поля располагаются с внешней стороны резонатора и обеспечивают амплитуду модуляции Kfn Ищу Ю Э. Точность измерения фазы регистрируемого сигнала ЭПР составляет ± 1. Таким образом, предлагаемый способ в отличие от известного позвояет разрешить перекрывающиеся спектральные линии, различающиеся степенью анизотропии, путем измерения в функции поляризующего магнитного поля разности фаз между регистриуемыми сигналом ЭПР и сигналом одуляции и определения местополоения спектральных линий по экстреумам измеренной зависимости. f/p--34SQ3 2.j

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИСПЕКТРОВ .ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГОРЕЗОНАНСА АНИЗОТРОПНЫХ ВЕЩЕдтВ,бключающий модуляцию поляризующегомагнитного поля по направлению поперечным переменным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем разделения перекры. вающихся компонент спектра .по степени анизотропии, осуществляют модуляцию поляризующего магнитного поля в двух взаимно ортогональных направлениях магнитными полями, отличающимися по фазе на 90, измеряют фазовую характеристику спектра : ЭПР в виде разности фаз.между сигналом ЭПР на частоте модуляции i и сигналом модуляции в функции поляризующего магнитного поля и иденти(Л фицируют местоположение спектральных линий по экстремумам измеренС ной зависимости. rW «Wf