Способ наблюдения ядерного магнитного резонанса Советский патент 1978 года по МПК G01N27/78 

высокочастотным магнитным полем в виде сложной последовательности мощных когерентных фазопеременных импульсов, а сигнал ЯМР регистрируют в промежутках между импульсами в виде огибающей сигнала свободной индукции с помощью приемной катушки индуктивности, ось которой перпендикулярна к полю Нр. Частотный спектр ЯМР получают путем Фурье-преобразования снятого сигнала с помощью электронно-вычислительной машины 2 . Существенными недостатками импульсного способа наблюдения ЯМР являются сложность и дороговизна применяемой для его осуществления апппаратуры, а также необходимость использования электронно-вычислительной машины для обработки зарегистрированного сигнала . Известен также способ наблкдения ЯМР, при котором регистрируют продоль ную по отношению к полю HQ компоненту ядерной намагниченности. .. Для этог на исследуемый образец воздействуют постоянным, магнитным полем Н,, пендикулярным к нему высокочастотным магнитным полем, частоту которого изменяют от величины, меньшей резонанс ной, до величины, превышающей ее, со . скоростью, обеспечивающей адиабатическое быстрое прохождение линии ЯМР на.частоте tUg . При этом происходит поворот ядерной намагниченности от первоначального направления вдоль по-г ля HO к новому положению, направленно му противоположно Нц . Результирующее изменение ядерной намагниченности регистрирует с помощью приемной катушки индуктивности, ось которой параллельн направлению постоянного магнитного поля HO, и присоединенного к ней чувствительного магнитомет&а. Частота, на которой осуществляют регистрацию, определяется скоростью адиабатическог быстрого прохождения и лежит в инфразвуковом диапазоне 3 . При относительной простоте способа недостатками его, как и стационарног являются низкая разрешающая способность и малая информативность. Таким способом можно определять лишь.резонансную частоту ЯМР uJg и время спин решеточной релаксации. Цель изобретения - повышение разре шающей способности способа наблюдения ЯМР. Для этого величину амплитуды высокочастотного магнитного поля устанавливают не менее средней величины внут реннего магнитного поля в образце. а регистрацию продольной компоненты осуществляют на частоте ядерного магнитного резонанса в магнитном поле )ФФ определяемом соотношением Нзфф(Но-|- -Н, гдеНо- напряженность постоянного магнитного поля; Hj - величина полуамплитуды высокочастотного магнитного поля ,uJ - частота высокочастотного магнитного поля; Т - ядерное гиромагнитное отношение . Для максимального повышения разрешающей способности частоту высокочастотного магнитного поля выбирают в соответствии с соотношением (Hot5i). Чтобы непосредственно получить частотный спектр ядерного магнитного резонанса, на образец дополнительно воздействуют переменным магнитным полем с частотой м , которое направлено вдоль постоянного магнитного поля, и в процессе регистрации изменяют по меньшей мере один из параметров Нд , Н) ,и, fi в диапазоне, включающем выполнение условия резонанса й«ГН,фф На фиг. 1 схематически изображены магнитные поля, действующие на образец во вращающейся системе координат; на фиг. 2 показана схема устройства для осуществления способа, В системе координат, вращающейся вокруг поля HO с частотойшв направлении ларморовской прецессии ядерной намагниченностиЛГ (фнг.1) поле HO сокращается до величины HQ-- , а циркулярно поляризованная компонента высокочастотного магнитного поля амплитудой становится постоянной ° времени. Результирующее магнитное поле в такой системе координат равно и /Га а ч,z ФФ f ) Н, , 12) направление составляет с полем ° УГОЛ в а ссо5 о г эфф Во вращающейся системе координат процессия ядерной намагниченности М происходит вокруг поляН5фф,а ее частота определяется соотношением ,фф. При способе согласно изобретению гистрируют вращающуюся компоненту ядерной намагниченности TvT, которая перпендикулярна к полю ,ф , т.е. регистрируют ЯМР в поле Н,фф . Регистрацию осуществляют с помощью приемной катушки, ось которой направлена вдоль поля HO . Чтобы прецессия вектора намагниченности W действительно происходила вокруг Н,фф , ве/ичина Н должна быть не меньше средней величины внутреннег магнитного поля в образце, создаваемо ядерными магнитными моментами. Так ка это поле fto порядку величины равно 1 то для реализации способа требуетс высокочастотное поле, полуамплитуда которого Н, больше, чем 1 Э. Таким ве личинам Н. , согласно выражениям (2 и (4), соответствуют частоты 1 кГц которые при достаточной величине (НО 100Э ) могут достигать слп г-,, эиикхц. Так как при наложении сильного высокочастотного магнитного поля происходит усреднение ядерных дипольдипольных взаимодействий, то ширина линий ЯМР, снятых в поле Нэф оказывается уже, чем ширина линий ЯМР, сня тых на частоте известными стациона ными способа ;и. Эффективность такого усреднения увеличивается с ростом величины HI и зависит от угла -e . Наибольшее усреднение и соответственно разрешающая способность способа достигается при атс ) где-в-д - так называемый магический угол. Для реализации этого условия параметры постоянного и высокочастотног магнитных полей устанавливают в соот ветствии с соотношением «-rCHot), которе вытекает из соотношений (2) и (3) при (j . В этом случае описываемый способ наблюдения сигналов ЯМР позволяет на два-три порядка уменьшить дипольное уширение линий ЯМ в твердых телах. Наблюдение ЯМР в поле позволяет также получить информацию, недоступную в стационарных методах ЯМР, касающуюся, например, сравнительно ме ленных движений атомов и молекул са скоростью порядка Л Способбможет быть реализован с помощью устройства, схематически показанного на фиг. 2. Исследуемый образец 1 располагает внутри двух скрещенных катушек- возбуждающей 2 и приемной 3, помещенных в поле HO магнита 4. Катушки устанавливают так, чтобы ось возбуждающей ка тушки быланаправлена перпендикулярно а ось приемной - вдоль поля HO . На возбуждающую катушку 2 подают высо кочастотное напряжение от блока генератора 5, причем амплитуду и частоту этого напряжения устанавливают такими чтобы .обеспечить выполнение условий (2) и (4). Наблюдение сигнала ЯМР осуществляют с помощью приемной катушки 3 и приемного устройства б, обеспечивающего индикацию сигнала на резонансной частоте й.. В качестве приемного устройства можно использовать & -метр, радиочастотный мост, автодин и другие применяемые для этой целн устройства. Регистрирует сигнал ЯМР любы.. из известных в технике ЯМР методов, например, методом индукции, стационарныь методом и т.д. При использовании метода индукции поле HQ оставляют неизменньда, а поле i включают скачкообразно. В результате намагниченность, которая до включения поля Кобыла направлена вдоль по 0 начинает процессировать вокруг поля Ьдффна частоте Sd определяемой соотношением (4). При этом в приемной катушке 3 наводится сигнал на той же частоте SQ , уменьшающийся с течение времени, который-и регистрирует приемным устройством 6. В случае испрльзоваршя стационарного метода ча образец дополнительно воздействуют слабым переменным магнит ым полем, направленным вдоль постоянного поля Нд и имеющим амплитуду Н2 и частоту 9-, близкую или равную частоте Sig. Это можно осуществить, например путем подачи на приемную катушку 3 напряжения с частотой и. Сигнал ЯМР появляется вследствие эффективного взаимодействия поля Н с проекцией компоненты ядерной намагничивающей М на направление поля HQ . При этом мето- де в процессе регистрации сигнала ЯМР изменяют по крайней мере один из параметров HQ , to , Н, или 2 в диапазоне, включающем выполнение условия резонанса 9. i(j, и на выходе приемного устройства б получают частотный спектр ЯМР в окончательном виде, не требующем обработки с помощью электронно-вычислительной машины. Если в момент прохождения резонанса выполняется условие (5), то получаегдьдй спектр ЯМР от твердого тела имеет максимальное разрешение, Несмотря на значительное понижение частоты, на которой при описываемом способе ведут регистрацию сигнала ЯМР, не наблюдается существенного уменьшения его чувствительности по сравнению с обычными стационарными способами. Это связано с тем, что ядерная намагниченность образца вдоль поля Н,ффможет быть сравнима с его равновесной намагниченностью, достигаемой в большом поле 0 - и с тем, что при сужении линий интенсивность соответственно возрастает. Таким образом, способ наблюдения ЯМР согласно изобретению позволяет повысить разрешение спектров ЯМР в твердых телах без применения сложной и дорогостоящей импульсной аппаратуры и Фурье- преобразования сигнала ЯМР При этом техника получения спектров ЯМР сводится к традиционной, хорошо