Способ определения концентрации парамагнитных частиц и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N24/10 

1

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано при конструировании радиоспектрометров ЭПР и пр.и автоматическом контроле веществ для определения концентрации парамагнитных частиц.

Цель изобретения - сокращение времени измерения концентрации парамагнитных частиц при увеличении точности измерения.

На чертеже представлена блок-схема устройства,реализующего способ определения концентрации парамагнитных час- |тиц,

Пример . Согласно предлагаемому способу измерения концентрации парамагнитных частиц, включаю- щему поочередную регистрацию в процессе развертки магнитного поля неперекрывающихся сигналов ЭПР, помещенных в один и тот же объем рабочего резонатора исследуемого и калибровочного образцов, и сравнение их интеграпыйтх интенсивностей в соответствии с соотношением

1242788

Время определения концентрации оп- ,ределяется временем регистрации спектров резонансного поглощения исследуемого и ках1ибровочного образцов, кото- 5 рое зависит от амплитуды развертки на участках с нарастающей и спадающей индукцией магнитного поля.

При регистрации на различных участках развертки неперекрьшающихся )0 линий ЭПР одинаковой формы отношение расчетных значений их интегральных интенсивностей определяется выражением

15

АН- Цен

(3)

где

А - номинальные (истин- ные)

;0

25

значения интегральных интенсивностей: л1-гний ЭПР исследуемого и калибровочного образцов соответственно, при любых значениях амплитуд развертки на участках с нарастающей и спадакяцей индукцией магнитного поля, если выполняется условие (2).

N

1VT АИ ;

А

ПО

где Nj и N - концентрация парамагнитных частиц в -исследуемом и калибровочной образцах;

Ад и AJ, - интегральная интенсивность линий резонансного поглощения исследуемого и калибровочного образцов,

регистращпо сигналов ЭПР исследуемого н калибровочного образцов осуществляют соответственно на участках развертки с нарастающей и спадающей индукцией магнитного поля при его различных начальных значениях, а амплитуду участков развертки магнитного поля выбирают из условия

4.

W

и

W.

(2)

де АНр,„ и дНр5,

амплитуда участков развертки с нарастающей и спадающей индукцией Магнитного поля соответственно; W.j и W,, - ширина линий резонансного поглоще- ния исследуемого и калибровочного образцов;

м

15

АН- Цен

(3)

где

А - номинальные (истин- ные)

значения интегральных интенсивностей: л1-гний ЭПР исследуемого и калибровочного образцов соответственно, при любых значениях амплитуд развертки на участках с нарастающей и спадакяцей индукцией магнитного поля, если выполняется условие (2).

Таким образом, выполнение условия (2) позволяет определить интеграль-- ные интенсивности регистрируемых сигналов ЭПР исследуемого и калибровочного образцов путем их численного интегрирования при изменении магнитного поля в значительно меньших пределах, чем это необходимо для нахождения их номинальных (истинных) значений. При этом регистрация этих сигналов соответственно на з частках с нарастающей и спадающей напряженностью магнитного поля обеспечивает сокращение времени регистрации и следовательно сокращение времени измерения концентрации парамагнитных частиц в исследуемом веществе, а исключение (за счет уменьшения лов интегрирования) участков кривых резонансного поглощения, на которых значения регистрируемых сигналов сравнимы с амплитудой шума, обеспечивают повьшение точности определения: концентрации в исследуемом веществе. В случае 10, время

м ц измерения сокращается более чем на

порядок, а погрешность измерения концентрации не превьш1ает 1-2%,

3

- Устройство для определения концентрации парамагнитных частиц состоит из рабочего резонатора I, расположенного между полюсньми наконечниками электромагнита 2 и соединенного волноводным трактом с блоком 3 СВЧ и последовательно включенными детектором 4 СВЧ, приемным устройством 5 и вычислителем 6 интегральной .интенсивности, блока 7 модуляции магнитного поля, соединенного первым выходом с приемным устройством 5, а вторым - с модуляционнь1мй катушками 8, блока 9 ,задания и развертки магнитного поля, состоящего из устройства 10 развертки, задатчика 11 амплитуды развертки, соединенного выходом с первым входом устройства 10 развертки, и задатчика 12 начального значения индукции магнитного поля, соединенного выходом с вторым входом устройства 10 развертки, выход которого подключен к управляющим входам задатчика 1 амплитуды развертки, задатчика 12 начального значения индукции магнитного поля и к катушкам электромагнита 2, и вычислителя 13 концентрации парамагнитных частиц, вход которого подключен к выходу вычислителя 6 интегральной интенсивности,

В.рабочий резонатор 1 помещают исследуемый и калибровочный образцы, причем в качестве последнего выбирают парамагнитное вещество.с g-фак- тором, отличным от g-фактора исследуемого образца. После настройки устройства, заключающейся в задании в задатчике 12 начальных значений магнитного поля на участках развертки с нарастающей и спадающей индукцией магнитного поля и задании в задатчике 11 значений амплитуд (дНр ц и дНр(,) развертки на этих участках, удовлетворяющих условиям независимой регистрации спектров ЭПР исследуемого и калибровочного образцов и условию (2), включает блок 9 задания., и развертки магнитного поля.

Блок 9 с помощью электромагнита 2 формирует участок развертки с нарастающей индукцией магнитного поля. В результате этого .при прохождении резонансных условий первая производная сигнала резонансного поглощения исследуемого образца на частоте модуляции формируется на выходе детек- тора 4, усиливается, регистрируется

25

242788 . 4

на частоте модуляции и преобразуется в цифровую форму в приемном устройстве 5 и поступает на вход вычислителя 6 интегральной интенсивности. 5 После окончания участка развертки с нарастающей индукцией магнитного поля вычисленное в вичислителе 6 путем двойного вычисленного интегрирования значение интегральной интенсивности О линии ЭПР исследуемого вещества запоминается в вычислителе 13 концентрации парамагнитных частиц, а выходной сигнал устройства 10 развертки блока 9 задания и развертки магнит- 5 ного поля переключает задатчик II амплитуды и задатчик 12 начального значения индукции магнитного поля в состояние, обеспечивающее формирование участка развертки- со 20 спадающей индукцией магнитног;о

поля в соответствии с ранее заданными в блоке 9 параметрами.

В процессе формирования участка развертки со спадающей индукцией магнитного поля осуществляется регистрация первой производной сигнала резонансного поглощения калибровочного образца и после его окончания в вычислителе 13 концентрации запоми 0 нается вычисленное в вычислителе 6 интегральной интенсивности значение интегральной интенсивности калибровочного образца и в соответствии с выражением (1) рассчитьшается концент35 рация парамагнитных частиц в исследуемом образце.

Формула изобретения

0- 1. Способ определения концентрации парамагнитных частиц,- включающий поочередную регистрацию в процессе развертки магнитного поля неперекрывающихся сигналов резонансного погло5 щ€ния помещенных в один и тот же объем рабочего резонатора исследуемого и калибровочного образцов и у сравнение их интегральных интенсив- ностей в соответствии с соотнощением

. где N и iW| - концентрация

парамагнитных частиц в исследуемом и калибровочном образцах; А и А - интегральная интенсивность линий ре 5 зонансного поглощения исследуемого и калибровочного образцов, отличающийся, тем, что, с целью сокращения времени измерения концентрации парамагнитных частиц при увеличении точности измерения, регистрацию сигналов резонансного поглощения исследуемого и калибровочно- го образцов осуществляют соответственно на участках развертки с нарастающей и спадающей индукцией магнитного поля при его различных начальных значениях, а амплитуду yiacTKOB развертки магнитного поля выбирают

из условия -52 1- -г- -2 -, где дН и

Wf, W,;IдHpj - амплитуда участков развертки с нарастающей и спадающей индукцией магнитного поля; W, и W - пгарина линий резонансного поглощения исследуемого и калибровочного образцов.

2. Устройство для определения кон- центрации парамагнитных частиц, содержащее электромагнит, рабочий резонатор, расположенный между полюсными наконечниками электромагнита и соеди- ненный волноводным трактом с блоком СВЧ и последовательно включенными

детектором СВЧ, приемным устройством и вычислителем интегральной интенсивности, блок модуляции магнитного поля , соединенный первым выходом с приемным устройством, а вторым - с модуляционными катутпками, блок задания и развертки магнитного поля, соединенный с электромагнитом, отличаю щ е е с я тем, что блок задания и развертки магнитного поля выполнен состоящим из устройства развертки, задатчика амплитуды развертки, соединенного выходом с первым входом устройства развертки, и задатчика начального значения индукции магнитного поля, соединенного выходом с вторым входом устройства развертки, выход которого подклкгчен к управляющим входам задатЧика амплитуды развертки и задатчик:а начального значения ин- дукции магнитного поля, и в устройство введен вычислитель концентрации парамагнитных частиц, вход которого подключен к выходу вычислителя интегральной интенсивности.

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса. Цель изобретения - сокращение времени измерения концентрации пара- магнит ных частиц при .увеличении точности измерения. Предлагаемый способ основан на регистрации сигналов резона, условия , где дНр и дН нансного поглощения исследуемого и калибровочного образцов соответственно на участках развертки с нарастающей и спадающей индукцией магнитного поля при его различных начальных значениях, при этом амплитуду участков развертки магнитного поля выбирают й w амплитуда участков разв ертки с нарастающей И спадающей индукцией магнитного поля соответственно; W и W, - щирина линий резонансного поглощения исследуемого и калибровочного образцов. Устройство для осуществления способа содержит электромагнит, рабочий резонатор, расположенный между полюсными наконечниками электромагнита и соединенный волноводным трактом с блоком СБЧ и последовательно включенными детектором СВЧ, приемным устройством и вычислителем интегральной интенсивности, а также блок модуляции магнитного поля, соединенный первым выходом с приемным устройством, а вторым с модуляционными катущками, и блок задания и развертки магнитного поля. Кроме того, в устройство введен вычислитель концентрации парамагнитных частиц, выход которого подключен к выходу вычислителя интегральной интенсивности. Блок задания и развертки магнитного поля выпол-- нен состоящем из устройства развертки, задатчика амплитуды развертки и задатчика начального значения индукции магнитного поля, 2 с.п. ф-лы, 1 ил, (Л С

Составитель А. Федоров Редактор Н. Рогулич Техред Н.Бонкало Корректор|B, Синицкая

Заказ 3695/40 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, .Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4