(54) ДВУХЧАСТОТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ЯДЕРНОГО КВАДРУПОЛЬНОГО РЕЗОНАНСА Изобретениеотносится к областиядерно-магнитных измерений и касается двухчастотной аппаратуры ядерного квадрупрльного резонанса (ЯКР) и предназначено для изучения мульти плетных спектров ядерного квадрупольного резонанса на ядрах азота N . Известен одночастотный импульсный спектрометр ЯКР, состоящий из одночастотного датчика, приемника, устройства ij . Данный спектрометр не позволяет исследовать два перехода. Наиболее близким технический решением является двухчастотный импул ный спектрометр ядерного квадруполь ного резонанса, содержащий двухчастотный датчик с радиочастотной головкой, связанный с программирующйм устройством, приемными устройст вами, с синхронным детектором, и ре гистрирующее устройство 2 . Известная конструкция двухчастрт него импульсного спектрометра не позволяет применить его для изучени сигналов ядерного квадрупольного резонанса на ядрах азота Ni в диапазойе частот 1-6 Мгц. Основным недостатком является невозможность формировать радиоимпульсы необходимой формы ввиду искажений, возникающих при возбуждении автогенератора на низких частотах. Целью изрбретения является обеспечение возможности двухчастотных исследований сигналов ядернбго магнитного резонанса на ядрах азота N в диапазоне частот 1-6 Мгц. Цель достигается тем,что в предлагаемом спектрометре двухчастотный датчик содержит два независимых генератора цифровых сигналов, широкополосные ключевые устройства, ячейку ИЛИ, широкополосный передатчик с одноконтурной радиочастотной головкой, переключатель опорных сигналов и элемент задержки, причем выходы генераторов цифровых сигналов соединены с входами соответствующих широкополосных ключевых устройств, вторые входы которых подключены к выходам программирующего устройства, а их выходы - к входам ячейки ИЛИ, выход которой соединен с входом широкополосного передатчика с одноконтурной радиочастотной головкой, которая через переключатель опорных сигналов и элемент задержки соедийена с выходом одного из генераторов цифровых сигналов и входом широкополосного приемного устройства. На фиг. 1 представлена структурная схема двухчастотного импульсного спектрометра ядерного квадрупольного резонанса; на фиг. 2 - запись части спектра ядерного квадрупбльного резонанса на ядрах азота N для CaBrj, 1 OHjO- 2Cg fijj N4 ; на фиг, 3 ,и 4 - запись той же части спектра при двухчастотном захвате.
Двухчастотный импульсуый спектрометр ядерного квадрупольного резонанса (фиг.1) содержит Двухчастотный датчик с радиочастотной головкой 1, лрограммирующее 2,приемное 3 и регист:)ирую1деё 4 устройства. Двухчастотный датчик выполнен в виде двух независимых генераторов 5 и- б цифровых сигналов, выходы которых подключены к входам соответствующих широкополосных ключевых устройств 7 и 8. Вторые входы широкополосных ключевых устройств соединены с соответствующими выходами программирующего устройства 2. Выходы широкополосных ключевых устройств 7 и 8, соединены с входами ячейки ИЛИ9, выход которой подключен к входу широкополосного передатчика 10 с одноконтурной радиочастотной головкбй 11. Вход широкополосного приемника с синхронным детектором соединен с однокотурной радиочастотной головкой 11 и через переключатель 12 спорных сигналов и элемент 13 задержки - с выходом одного из генераторов 5 или б цифровых сигна юв.
Спектрометр работает следующим разом.
Генераторы 5 и б работают в режиме непрерывной генерации и вырабатывают цифровые сигналы (прямоугольные импульсы со скважностью, равной 2) в диапазоне частот 1-6 МГц
С помощью широкополосных ключевых устройств 7 и 8, управляемых программирующим устройством 2, из непрерывной последовательности цифровых сигналов формируются радиоимпульсы двух частот V и iJ с коэффйцйен.том подавления непрерывного сигнала порядка 120 дБ. Сформированные таким образом радиоимпульсы через ячейку ИЛИ 9 поступают на вход широкополосного передатчика Юе Ъднокойт.урной радиочастотной головкой 11, в котором происходит их усиление до необходимой мощности.
fla вход широкополосного приемного устройства 3 с синхронным детектором совместно поступают сигналы яде 5«ого квадрупольного резонанса и опорное напряжение, прошедшее через . элемент 13 задержки, необходимый для компенсации фазового сдвйГа в канале передатчика. Детектирование частоты ) или 2 производится включением соответствукнцего опорного напряжения
с помощью переключателя 12 опорных сигналов. С выхода приемного устройства 3 продетектированный сигнал поступает на вход регистрирующего устройства 4.
При работе в двухчастотном режиме контур радиочастотной головки 11, имеющий высокую добротность, ограничивает частотный спектр, который может быть изучен с помощью одноканального спектрометра. Для расширения частотного диапазона .спектрометра во время действия высокочастотных импульсов увеличивается полоса контура путем его шунтирования с последующим отключением шунта во время приема сигналов квадрупольного резонанса. Эффективность этого метода видна из следующего .Высокочастотное магнитное поле ,a полоса пропускания контура
где Q - добротность контура;
Р - мощность высокочастотных
импульсов.
Поэтому при увеличении полосы пропускания л)o в П раз напряженность высокочасто ного магнитного поля И , уменьшается только в /гТ раз . Выполнение условия НТ Jf/i обеспечивается за счет повышения.мощности высокочастотных импульсов Н и увеличения их длительности ( - гиромагнитное отношение ; H-t - напряженность высокочастотного магнитного поля.; tlj - длительность высокочастотных импульсов).
Последнее допустимо, так как для сигналов ядерного квадрупольного резонанса на ядрах аЗота м характерны большие времена релаксации.
На фиг. 2 показана запись участка мультиплетного спектра ядерного квадрупольного резонанса на ядрах азота N в комплексном соединении CaBrj,- 1 OHjiO-2С Н 2 4 при температуре Т - 294 К, иллюстрирующая чувствительность и разрешающую- способность .спектрометра.
Частоты линий спектра : (Г) - 3195,28 кГц; (2) - 3195,8 кГц; (3) 3196,,86 кГц. Из записи видно, что разрешающая способность спектрометра не хуже 0,5 кГц.
На фиг. 3 и фиг. 4 представлена запись той же части спектра при двухчастотном захвате переходов 0+1, Для получения захвата использовалась импульсная программа, состоящая из последовательности импульсов: изйпульса насыщения и импульса возбуждения.
На фиг. 3 детектируется линия (1) захват на частоте 3222,04 .кГц; на фиг. 4 детектируется линия (2), захват на частоте 3237,73 кГц1 Интенсивность линий при двухчастотном. захвате уменьшается на 40%,
Предложенная схема спектрометра позволяет применить двухчастотн Е й метод исследования сигналов ядерного квадрупольного резонанса на ядрах азота в диапазоне частот 1-6 МГц,
Использование бесподстроечного синхронного детектирЬвания, когерентных импульсов возбуждения на частотах Vi и 2. обеспечивает повышение . чувствительности спектрометра при двухчастотных измерениях.
Применение одноконтурной радиочастотной головки снимает все затруднения, связанные с заменой исследуе х образцов и приводит практи|ёски к одинковому коэффициенту з-аполнения на обеих частотах.
Формула изобретения
Двухчастотный импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса, содержит Двухчастотный датчик с радиочастотной головкой, связанный с программирующим устройством, приемным устройством , с синхронным детектором, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, Что, с целью обеспечения возможности двухчастотных исследований сигналов ядерного резонанса на ядрах азота N в диапазоне частот 1-бНГц,
Двухчастотный датчик содержит два независимых генератора цифровых сигналов, широкополосные ключевые устройства, ячейку ИЛИ, широкополосный передатчик с одноконтурной ргадиочастотной головкой, переключатель опорных сигналов и элемент задержки, выходы генераторов цифровых сигналов сЬ1ёдйнёны с соответствующих широкополдсных ключевых устройств, вторые входы кото0рых подключены к соответствующим выходам программирующего устройства, а их выходы - к входам ячейки ИЛИ, выход которой соединен с входом широкополосного передатчика с одноконтурsной радиочастотной головкой, которая через переключатель опорных сигналов и элемент задержки соединена с вы-, ходом одного из генераторов цифровых сигналов и входом широкополосного 0 приемного устройства.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Авторское свидетельство СССР 5 494679, кл. G 01 N 27/78, 1973.
2.Гордеев А.Д. и др. Двухчастотный импульсный спектрометр ядерного квадрупольного резонанса на диапазон 10-400 мГц. Сб. Радио0 спектроскопия, 1974, 8, r. (прототип).
д6ух астотмыб датчик
12 N.
/
/J
Dfi
U j -
10
