Спектрометр магнитного резонанса короткоживущих парамагнитных частиц Советский патент 1980 года по МПК G01N24/00 

1

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано в спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Известны спектрометры ЭПР, состоя- 5 щие из генератора колебаний, резонатора, приемного детектора, электронных блоков питания, стабилизации и управления спектрометром, магнита ij . В этих спектрометрах сигнал магнитно-10 го резонанса регистрируется приемным детектором по изменению, вызванному поглощением образцом в момент резонанса мощности генератора, поступающей в резонатор.15

Такие спектрометры обеспечивают запись сигналов магнитного резонанса парамагнитных частиц, время жизни которых не меньше микросекунд, а регистрация сигналов магнитного резо- 20 нанса парамагнитных частиц с более короткими временами жизни невозможна, что связано с ограничениями, наклады°ваемЕлми характеристическими временами затухания резонанса и (или) систе-25 мы автоматической подстройки частоты (АПЧ) генератора по этому резонатору.

Указанный недостаток устранен в спектрометрах ЭПР, в которых сигнал .магнитного резонанса детектируется ЗО

-по изменению параметра образца, кинетически связанного с выходом реакции, в которой участвуют парамагнитные частицы и которая проводится непосредственно в резонаторе спектрометра при облучении образца светом, у- лучами, быстрыми электронами и т.д. Такими параметрами могут быть интенсивность флуоресценции, величина фотопроводимости, оптического поглощения, температура образца.

Известен спектрометр ЭПР, который содержит сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор колебаний с системой АПЧ, резонатор, генератор модуляции мощности рабочего генератора или внешнего магнитного поля спектрометра, электронные блоки питания, стабилизации и управления спектрометром, источник облучения образца, .магнит и оптическую систему регистрации сигналов магнитного резонанса 2J . Сигнал магнитного резонанса регистрируется на частоте модуляции мощности генератора или внешнего магнитного поля методами фазового детектирования по изменению интенсивности флуоресценции образца.

Этот спектрометр не позволяет регистрировать сигналы магнитного резонанса короткоживущих парамагнитных частиц от образцов, которые не могут флуоресцировать, но изменяют свою радио- или фотопроводимость в момент резонанса.

Целью изобретения является повышение чувствительности спектрометра при исследовании парамагнитных частиц, изменяющих свою проводимость под действием облучения.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометр магнитного резонанса парамагнитных частиц, содержащий СВЧ-генератор с системой АПЧ, полый резонатор, соединенный с СВЧ-генератором, электронные блоки питания, стабилизации и управления, магнит и систему регистрации сигнала, состоящую из синхронного усилителя, генератора модуляции и источника облучения образца, в систему регистрации сигнала введены последовательно соединенные источник постоянного напряжения и сопротивление нагрузки, а резонатор выполнен в виде двух изолированных друг от друга половин, причем одна половина резонатора соединена с усилителем и через сопротивление нагрузки с одним из полюсов источника постоянного напряжения, а вторая половина резонатора - с другим полюсом источника постоянного напряжения, при этом общая точка усилителя соединена с одним из полюсов источника постоянного напряжения, а также тем, что в качестве сопротивления нагрузки использован резистор, при этом выход генератора модуляции соединен с входом СВЧ-генератора, а также тем, что в качестве сопротивления нагрузки использован активный управляемый элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом генератора модуляции.

Блок-схема спектрометра представлена на чертеже.

Спектрометр содержит полый рабочий резонатор 1 с образцом 2, состоящий из двух изолированных друг от друга половин, сопротивление нагрузки 3,источник постоянного напряжения 4, синхронный усилитель 5, генератор б модуляции сигнала СВЧ, генератор 7 с системой АПЧ, электронные блоки питания, стабилизации и управления спектрометром 8, источник облучения образца 9, магнит 10.

Спектрометр работает следующим образом. В резонатор 1 помещен образец 2 таким образом, что обеспечивается электрический контакт между поверхностями половин резонатора и образца (например, за счет того, что образец нанесен путем вакуумной сублимации на поверхности половин, заполимеризован на них и т.д.). Во время облучения образца источником света (быстрыми электронами,у -лучами и т.д.) в цепи, состоящей из образца 2, резонатора 1, сопротивления нагрузки 3, источника постоянного напряжения 4, возникает электрический ток, обусловленный генерацией носителей тока в образце. Резонатор 1 настроен на частоту рабочего генератора, .а образец 2 находится в максимуме переменного магнитного поля. В момент выполнения условий магнитного резонанса происходит изменение фототока в цепи, которое регистрируется синхронным усилителем 5 регистрации. Для увеличения чувствительности и стабильности работы спектрометра в качестве сопротивления нагрузки 3 использован активный управляемый элемент, который через управляющий электрод подключен к генератору б модуляции, и таким образом фототок в цепи 1, 2, 3, 4 и, следовательно, его .изменения в условиях ЭПР промодулированы. Модулированный сигнал фототока поступает на синхронный усилитель 5, и его изменения регистрируются обычными методами фазового детектирования.

Спектрометр обеспечивает регистрацию не зависящих от характеристических времен затухания рабочего резонатора и системы стабилизации рабочего генератора колебаний сигналов магнитного резонанса от образцов, изменяющих свою проводимость в момент резонанса, и в которых время жизни парамагнитнЕлх частиц меньше, чем время спин-решеточной релаксации. При этом чувствительность спектрометра ограничивается только шумами образца, контактов и сопротивления нагрузки, с которого снимается сигнал магнитного резонанса. Использование в качестве сопротивления нагрузки активного управляемого элемента позволяет получать модулированные сигналы магнитного резонанса и регистрировать их обычными методами фазового детектирования. Особенностью спектрометра является возможность осуществления теплоотвода от образца независимо от уровня падающей на него мощности за счет охлаждения стенок резонатора через контакт образец - стенка резонатора . Использование обычной системы проточного охлаждения образца в резонаторе приводит к увеличению шумов спектрометра вследствие модуляции образца потоком хладоагента.

Формула изобретения

1. Спектрометр магнитного резонанса короткоживущих парамагнитных частиц, содержаиций сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор с системой автоматической подстройки частот1я, полый резонатор, соединенный с СВЧ-генератором, электронные блоки питания, стабилизации и управления, магнит и систему регистрации сигнала, состоящую из синхронного усилителя, генератора модуляции и источника облуче