Способ измерения параметров ядерных квадрупольных взаимодействий двухспиновых систем Советский патент 1992 года по МПК G01N24/00 

Изобретение может найти применение при изучении физико-химических характеристик материалов и биологических объектов, у которых наряду с зеемановскими взаимодействиями присутствуют ядра, обладающие квадрупольными моментами и между квадрупольным и ядерным магнитным резервуарами предполагаются энергетические взаимодействия.

К таким системам молжно отнести большой класс химических кристаллов и биосистем, у которых наряду с распространенными ядрами Н содержатся редкие ядра N ,0 ,Н и др.

Известен способ измерения параметров гомоядерных и гетероядерных взаимодействий в различных материалах.

В способе не обеспечивается достаточная чувствительность при изучении ядерных квадрупольных взаимодействий, вследствие того, что не используются локальные поля из-за влияния внешних магнитных и РЧ-полей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включюащий помещение образца в поляризующее магнитное поле, воздействие на него инвертирующим и фазирующим РЧ-импульсами для формирования сигнала спинового эха и двух групп парамагнитных центров (ПМЦ). Возбуждение первой группы ПМЦ осуществляется путем воздействия на образец последовательностью РЧ-импульсов, а для возбуждения второй группы ПМЦиспользуХ|

ю

00

VI ь

00

ется дополнительный РС-импульс, подаваемый в одном из интервалов последовательности РЧ-импулсьов и на время действия дополнительного импульса изменяется поляризующее магнитное поле в образце до величины, при которой зеемановская частота второй группы ПМЦ становится равной несущей частоте последовательности РЧ- импульсов.

Так как частота дополнительного им- пульса равна несущей частоте РЧ-импуль- сов, то данный момент можно использовать для изучения констант экранирования и химических сдвигов веществ только с близкими физико-химическими характеристиками. Недостаточно высокая чувствительность анализа ядерно-квадрупольных взаимодействий объясняется тем, что не используются параметры локального магнитного поля образца. Кроме того, недостатком известного способа является априорная неопределенность задания амплитуды поляризующего магнитного поля Н, так как внутреннюю электромагнитную структуру теоретически рассчитать трудно. Эти ограничения енижа- ют чувствительность измерения ядерных квадрупольных взаимодействий в исследуемом образце и не позволяют получить полную информацию о его физико-химических свойствах./

Целью изобретения является увеличение чувствительности и расширение диапазона измеряемых параметров.

Согласно способу, основанному на оценке реакции сигнала эха от второй труп- пы парамагнитных центров путем изменения поляризующего магнитного поля Н0 и введения дополнительного стимулирующего импульса, воздействуют на исследуемый образец, после отключения Но до нуля, т.е. когда в образце действует локальное поле HL, импульсом длительности, равной 90° на частоте, определяемой энергией квадру- польной связи для ядер S, а затем восстанавливают Н0 до исходного значения, после чего подают фазирующий (180-градусный) импульс на частоте, определяемой зеема- новской энергией Н0 ядер I, регистрируют амплитуду сигнала эха, следующего после фазирующего импульса, и сравнивают его с начальным, полученным в отсутствии действия 90-градусного импульса. По полученным результатам определяют число редких ядер S и градиент локального поля HL.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Помещают исследуемый образец в датчик спектрометра и к нему прикладывают

поляризующее магнитное поле Н0, ортогональное продольной оси датчика. .Воздействуют на индикаторные ядра I образца 90-градусным импульсом на частоте о)о yi Но и переводят намагниченность в плоскость, перпендикулярную вектору поляризующего поля, после чего быстро поляризующее поле выключается и в образце остается только локальное поле HLfyi - про- магнитное отношение ядер I).

Расфазировка вектора намагниченности Mi происходит в условиях действия локального поля HL, образованного взаимодействием спинов I и S. В это время одним из релаксационных каналов, действующих на спины I, являются энергетические квадрупольные взаимодействия между I и S.

Воздействуют на исследуемый образец дополнительным 90-градусным РЧ-импуль- сом на частоте а& - ys HL и тем самым, устраняют влияние S на I ( ys - гиромагнитное отношение ядер S). Время расфазиров- ки теперь больше, чем в отсутствии влияния oh После окончания действия дополнительного импульса вновь включается поле Н до первоначального значения и на образец воздействуют фазирующим 180-градусным импульсом на частоте, определяемой зеема- новской энергией Н0 ядер I. Регистрируют амплитуду сигнала эха следующего после фазирующего импульса и сравнивают его с аналогичным сигналом эхо, полученным в отсутствии действия 90 градусного дополнительного импульса. По результатам сравнения с учетом необходимого эффекта накопления получают информацию о числе редких ядер S и градиенту локального поля HL ими создаваемого, при условии изменения амплитуды дополнительного импульса.

Устройство, реализующее способ,вклю- чает высокочастотные генераторы (ГВЧ) 1 и 2 для ядер S и ядер I - соответственно, усилительный тракт 3, амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) 4, поляризующее магнитное поле 5, поля 6, управляющий микроконтроллер (ЭВМ) 7, терминал 8 (для общения оператора с комплексом спектрометра), датчик 9 с двумя датчиками, устройство 10 регулировки мощности, катушка 11 коммутации.

. При этом микроконтроллер 7 по шине данны подключен к модулирующим входам ГВЧ 2 и ГВЧ 1, устройству 6 коммутации магнитного поля Н0. устройству 10 регулировки мощности, к терминалу 8 и управляющему входу АЦП 4, выход ГВЧ подключен к контуру одной катушки датчика 9 и одновременно к входу усилительного тракта 3, выход последнего подключен к входу АЦП 4,

а его выход соединен с шиной данных микроконтроллера, выход устройства 6 коммутации подключен к катушке 11 коммутации Н0, выход ГВЧ 1 подключен к входу второй катушки датчи- ка 9, в то время, как на второй вход ГВЧ 1 подключен выход устройства 10 регулировки мощности.

Устройство работает следующим образом.

Управляющий микроконтроллер вырабатывает необходимые импульсы возбуждения и коммутации магнитного поля. При этом вначале 90-градусный импульс в катушки а возбуждает ядра 1, затем 90-градусный импульс устраняет релаксационные каналы ядер, создавая необходимое поле во второй катушке в условиях действия локального поля HL. После восстановления Но подается фази- рующий импульс в первую катушку, с которой затем снимается сигнал эха, последний преобразуется в цифровой код и подается на контроллер для измерения и анализа. Анализ заключается в измерении сигнала эха, накоплении информации и выдаче результата на терминал.

Формула изобретения Способ измерения параметров ядерных квадрупольных взаимодействий двухспино- вых систем, включающий помещение образца с индикаторными распространенными ядрами i и редкими ядрами S в поляризующее магнитное поле Но, воздействие на него подготовительным инвертирующим, а затем фазирующим и дополнительным, подаваемым в промежутке между инвертирующим и фазирующим, импульсами переменного магнитного поля, переключение поляризующего магнитного поля в момент приложения дополнительного импульса и регистрацию сигнала спинового эхо от 1-ядер, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения диапазона измеряемых параметров, магнитное поле Н0 при переключении отключают, воздействуют на образец дополнительным 90°-ным импульсом на частоте перехода ЯКР S-ядер, а затем восстанавливают поле Н0 до исходного значения, регистрируют сигнал спинового эха и определяют параметры по разности амплитуд сигнала спинового эха относительно на- чального значения, полученного в отсутствии дополнительного импульса.

Использование: при изучении физико- химических характеристик материалов и биологических объектов по измерению их энергетических и релаксационных характеристик, а также распределению градиента электрического поля. Сущность изобретения: помещение образца в поляризующее внешнее магнитное поле Н0, воздействие на индикаторные ядра I инвертирующим импульсом, коммутация Н0 до нуля и последующее наложение двух импульсов, вначале стимулирующего (90-градусного), устраняющего релаксационные каналы на частоте локального поля щ U)Q ядер S, а затем, после восстановления Н0 до исходного значения, фазирующего (180-градусного). Информация о ядерно-квадрупольных взаимодействиях определяется по амплитуде сигнала эха, следующего после фазирующего импульса и необходимого числа циклов накопления. 1 ил.