Спектрометр электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1980 года по МПК G01N24/10 

(54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может использоваться в приборостроительной промышленности при изготовлении спектрометров ЭПР. Известен спектрометр ЭПР с модуляцией nocTojnffloro магнитного поля в месте расположения исследуемого образца, содержащий блок стабилизации и развертки магнитного пбля с электрома нитом, генератор СВЧ и приемншс сигнала ЭПР, модулятор магнитного поля и измерительный резонатор с внешним элементом модуляции постоянного магнитного поля в виде катушек, расположенных снаружи корпуса резонатора меж ду полюсами электромагнита 1. . В таком спектрометре трудно та лучи в месте расположения исследуемого необходимую амплитуду высокочас тотной модуляции магнитного поля изза сильного поглощения энергия высоко частоты корпусом резонатора и излуче- ния помех на частоте модуляции, что ограничивает чувствительность спектрометра. Кроме того , размеры внешних модуляционных катушек и резонатора накладывают ограничения на размеры зазора между полюсами ,электромагнита, что является препятствием для повышения однородности магнитного поля и повышения экономичности электромагнита И спектрометра. в..целом, Наиболее бш13101м по техническому решению к предлагаемому является спектрометр, содержащий стабилизатор магнитного поля с электромагнитом, источник переменного тока модуляции магнитного поля, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный прямоугольный одноволновой резонатор типа Hjjjj,, с внутренним элементом модуляции в виде прюволочной петли, образующей вокруг исследуемого образца контур с выводами для подключения к источнику тока модуляшш 2. В данном спектрометре элемент модуляции экранирован от блока регистрашш сигнала ЭПР корпусом резонатора и поэтому создает меньшую помеху при регистрации сигнала. Модулвционная петля расположена в непосредственной близости от исследуемого образца, вдали от максимумов сосредоточения электрической компоненты поля СВЧ резонатора и может обеспечивать достаточную амплитуду модуляции магнитного поля при допус-гамой мощности источника тока модуляции.

Однако механические вибрации проволочной петли, находящейся в постоянном магнитном поле, когда через эту петлю проходит ток модулящш, невысокий коэффициент заполнения резонатооа. шэиcvт ствие электрической компоненты СВЧ поля в месте расположения образца реальных размеров (следствием чего являются электрические потери энергии) снижают чувствительности спектрометра ЭПР.

Цель изобрете1шя - повышение чувствительности спектрометра ЭПР при измерениях в широ7сом диапазоне частот модуляции в объемных образцах с диэлектрлчес1С1 ми потерями.

Цель достигается тем,-что в спектрометре ЭПР, содержащем устройство для гюлученля постоянного магнитного поля, источшгк перемегаюго тока модупящш магнитного поля, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный прямоуголь 1ый одноволповой резонатор с внутpeinniM элементом модуляцшг в виде двух металл1П1е:кнх стержней, образующих контур с выводами для подключения к источнику тока модуляций, стержни 11мею в центрашзных частях утолщения и закреплены на paccTOH} ur четверти длины резонатора по обе стороны от его центра.

На фиг. 1 изображена структурная схема 1федлагаемого спектрометра ЭПР; на фиг, 2 - принципиальный элемент спектрометра - измерительный ресоначчэр

Спектрометр содержит устройство для полу 1ения постоянного магнитного поля стабплиза1Х)р 1 магнитного поля с эле7стромагнитом 2, 3 переменного тока модулящш, генератор и приемник мощности СВЧ 4 и измерителып 1Й резонатор 5,

Металлический корпус измерительного резонатора б имеет отверстие 7 для связи с волноводными элементами генератора к приемника мощности СВЧ. Размещенный в центре резонатора исследуемый объемный образец 8 окружает

модулирующий контур, образованный стержнями 9 и 10 с утолщениями в их центральной части. Стержни снабжены изолированными, например, с помощью мизлектрических втулок выводами 6 и 7 для подключения к источнику тока модуляции.

В результате подведения к находящемуся Б резонаторе 5 исследуемому образцу мощности СВЧ от генератора 4 и установления определенного значения магнитного поля с помощью стабилизатора 1 с электромагнитом 2 в образце возникае,т явление ЭПР, проявляющееся, в частности , в виде поглощения мощности СВЧ. Поскольку в месте расположения образца совместно с постоянным магнитным полем присутствует дополнительное переменное поле модулящш, парамагнитное поглощение мощности СВЧ фиксируется 1фиемником СВЧ в ввде изменяющегося во времени электрического сигнала. Амплитуда сигнала (и чувствительность спектрометра ЭПР) увеличивается с ростом амплитуды поля модуляции, которая для обеспечения минимальных искажений формы линии ЭЦ выбирается меньще ширины линии спектр

Пропуская переменный ток от источнка 3 через контур, образованный стержнями 9 , 10 и корпусом резонатора, в месте расположения образца 8 можно . получить магнитное поле, изменяющееся с частотой тока модуляции. Поскольку снабже1шые утолщениями металл1леские стержни массивны и жестко закреплены в корпусе резонатора 6, возможная вибрация их внутри резонатора в сильном постояшюм магнитном поле электромагнита 2 сведена к минимуму в ш фоком диапазоне частот и амплитуд тока модуляции. Тем самым уме1гьшена паразитная нестабильность резонансной частоты СВЧ-резонатора и появление лонсного сигнала (помехи) в приемнике СВЧ и, в конечном счете, повышается чувствительность спектрометра в широком диапазоне частот модудяции,

Стержни 9 и 10 с утолщениями за1феплены на расстоянии четверти длины резонатора по обе стороны от его середины, -т.е. утолщения расположены в местах максимального сосредоточения электрической компоненты поля СВЧ-резонатора, Благодаря такому размещению образуются сосредоточе1шые емкости в объеме резонатора, происходит заметная концентрация в них электрического поля

и повышается однородность распределения магнитной компоненты СВЧ в рабочей части объема резонатора (в месте расположения образца .

Формула

зобретения

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий устройство ю для получения постоянного магнитного поля, источник переменного тока модул5шии магнитного поля, генератор и приемник мощности СВЧ, измерительный прямоугольный одноволновой резонатор с внут- is ренним элементом модуляции в ввде двух металлических стержней, образующих

контур с выводами для подключения к источнику тока модуляции, о т л и ч а loщ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности спектрометра при исследовании объемных образцов с диэлектрическими потерями в широком диапазоне частот модуляции, стержни имеют в центральных частях утолщения и закреплены на расстоянии четверти длины резонатора по обе стороны от его центра. Источники информации, принятые во внимание при

1.Описание инструкции ЭПР спектрометра ER -9 VEB КагБ LetSSJena, )DB,c.9.

2.Проспект фирмы Jco6,,SR SpeifOwetet,, {прототип).

/I-A

9 S 10

,

f TZjTj T ff