Спектрометр электронного парамагнит-НОгО РЕзОНАНСА Советский патент 1981 года по МПК G01N24/10 

1

Изобретение относится к области радиоспектроскопии, в частности к спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), где детектируется изменение выхода реакций.

Известен спектрометр, в котором применено зондирующее излучение при изучении кинетики фотореакций .

Наиболее близким техническим решением является спектрометр ЭПР, содержащий рабочий генератор колебаний с системой автоматической подстройки частоты, рабочий резонатор с ампулой для исследуемого образца, соединенный с рабочим генератором колебаний, цепь оптической регистрации сигналов на частоте модуляции, генератор модуляции сигнала, источник фотоили радиолйзующего облучения образца, электронные блоки питания, стабилизации и управления спектрометром, магнит. В этом спектрометре ЭПР сигнал магнитного резонанса детектируется по изменению параметра образца, кинематически связанного с выходом реакции, в которой участвуют парамагнитные частицы. В этом спектрометре ЭПР сигнал магнитного резонанса регистрируется на частоте модуляции мощности рабочего генератора по изменению и момент резонанса такого параметра образца, связанного с реакцией, как интенсивность люминесценции (в частности по флуоресценции) 2.

Известный спектрометр ЭПР не позволяет регистрировать сигналы ЭПР участвующих в| реакции парамагнитных частиц от образцов, которые не люмингсцируют, но оптически прозрачны.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей спектрометра путем наблюдения сигналов магнитного резонанса парамагнитных частиц от оптически прозрачных нелюминесцирующих образцов. Поставленная цель достигается тем, что

резонатор выполнен оптически прозрачным, дополнительно оснащен системой зеркал, расположенных вне резонансного объема резонатора и образующих многоходовую лучевую систему, внутри которой находится

резонатор с исследуемым образцом, зеркала укреплены на резонаторе, а система крепления зеркал к резонатору обеспечивает вращение зеркал вокруг вертикальной и горизонтальной осей и юстировку их отпосительно друг друга и резонатора с образцом. Оптическая прозрачность резонатора металлического, например прямоугольного с типом колебаний Hio2, для зондирующего излучения, падающего на торцы резона гора, получается за счет того, что торцовые

CfefekM йУполнёны в виде решетчатых диафрагм; цилиндрического, с типом колебаний Ноп, для зондирующего излучения, падаю&1его на крышки резонатора, получается за счет того, что крышки выполнены в виде чередуюш,ихся концентрических тороидов. Радиус кривизны зеркал выбран, исходя из размеров образца и типа рабочего резонатора. В цепь регистрации сигналов ЭПР введен источник зондирующего излучения, которым просвечивается образец. По изменению в момент резонанса интенсивности проходящего через образец зондирующего излучения регистрируется сигнал ЭПР парамагнитных частиц (которые образуются в образце иод действием фото-радиолизующего облучения). Изменение в момент резонанса интенсивности зондирующего излучения соответствует переходам, связанным с зеемановскими уровнями, участвующими в поглощении мощности рабочего генератора.

На фиг. 1 представлена блок-схема спектрометра; на фиг. 2 - спектры магнитного резонанса короткоживущих пар парамагнитных частиц от жидких образцов; вывороточный альбумин человека и раствор пирена в циклогексане с временем жизни 10-3 (, jjpjj комнатной температуре, впервые зарегистрированные на предлагаемом спектрометре.

Спектрометр содержит оптически прозрачный резонатор 1 с исследуемым образцом 2, систему зеркал, состоящую из зеркал 3 и расположенных друг против друга и механически соединенных с резонатором 1, находящимся между ними, рабочий генератор с системой АПЧ 5, генератор модуляции сигнала 6, электронные блоки питания, стабилизации и управления спектрометром 7, источник фото-радиолизующего облучения исследуемого образца 8, источник зондирующего излучения исследуемого образца 9 в цепь оптической регистрации сигналов ЭПР 10, содержащую фотоприемник, усилитель регистрации с фазовым детектором, магнит 11.

Оптическая прозрачность металлического прямоугольного резонатора с типом колебаний Hio2 для зондирующего излучения, падающего на торцы резонатора, достигнута за счет того, что торцовые стенки выполнены в виде решетчатых диафрагм, образованных стержнями, находящимися на равном расстоянии друг от друга и от стенок резонатора. Соединение зеркал 3 и 4 с резонатором 1 обеспечивает поворот их вокруг горизонтальной и вертикальной осей и юстировку их относительно друг друга и резонатора с образцом.

Спектрометр работает следующим образом.

В резонатор 1 помещен исследуемый образец 2. Резонатор 1 настроен на частоту рабочего генератора колебаний 5, а образец 2 помещен в пучность переменного магнитного поля в резонаторе 1. Образец 2 облучается светом (или быстрыми электронами или 7 лучами и т. д.) от источника 8. Мощность источника 8 должна быть достаточной для образования в исследуемом образце парамагнитных частиц, участвующих в реакции. Для регистрации сигналов магнитного

резонанса этих парамагнитных частиц образец 2 облучается зондирующим излучением источника 9. В момент выполнения условий резонанса происходит изменение величины поглощения образцом зондирующего излучения, которое детектируется цепью оптической регистрации сигналов ЭПР 10. Так как количество образующихся в образце парамагнитных частиц при комнатной температуре обычно невелико, то

изменение интенсивности зондирующего излучения при однократном прохождении; через образец может оказаться, малым и недостаточным для его регистрации.

Для увеличения изменений интснсивности зондирующего излучения, следовательно, чувствительности спектрометра, зондирующий луч от источника 9 пропущен через образец многократно. Зондирующий луч от источника 9 падает на зеркало 3,

отражается от него, проходит через резонатор 1 и образец 2, падает на зеркало 4, от зеркала 4 луч отражается, снова проходит через резонатор и образец 2 и падает на зеркало 3, от которого снова отражается

и т. д. Пройдя таким образом многократно через образец 2, зондирующий луч в конце концов поступает на приемник цепи оптической регистрации сигнала ЭПР. Количество прохождений зондирующего луча через образец определяется концентрацией парамагнитных частиц в образце и его оптической плотностью и осуществляется путем изменения расположения зеркал относительно друг друга и резонатора с образЦОМ.

Использование новых элементов - оптически прозрачного резонатора, оснащенного многоходовой лучевой системой и источника зондирующего излучения позволяет регистрировать как сигналы магнитного резонанса от люминесцирующих образцов, так и от нелюминесцирующих оптически прозрачных образцов, увеличивая сферу применения и расширяя функциональные возможности спектрометра.

Формула изобретения

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий рабочий генератор колебаний с системой автоматической подстройки частоты, резонатор с ампулой для исследуемого образца, соединенный с рабочим генератором колебаний, цепь оптической регистрации сигналов на

Частбте модуляций, генератор модуляции сигнала, источник фото- или радиолизующего облучения образца, электронные блоки питания, стабилизации и управления спектрометром, магнит, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей спектрометра путем наблюдения сигналов магнитного резонанса парамагнитных частиц от оптически прозрачных нелюминесцирующих образцов, резонатор спектрометра выполнен оптически прозрачным и оснащен системой зеркал и юстировочным приспособлением, соединенных друг с другом, расположенных вне резонансного объема резонатора и образующих мнЬгоходо1вую лучевую сйбтёМу, оёёс печивающую многократное прохождение зондирующего излучения через исследуемый образец и последующее его собирание на приемник цепи регистрации сигналов магнитного резонанса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Введение в фотохимию органических соединений. Л., «Химия, 1976.

2.Франкевич Е. Л. и др. Магнитный резонанс короткоживущих промежуточных комплексов реакции гащения триплетных экситонов радикалами. ЖЭТФ, 1978,т. 75, с. 415 (прототип).

11

-:ir

/ 3

-4. / -5

//