Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса (вариант) Советский патент 1982 года по МПК G01N24/08 

в стабилизатор тока магнитной системы спектрометра, обеспечивая отрицательную обратную связь по отклонению от условий резонанса. Для развертки магнитного поля вво дят вспомогательную магнитную сметему или обмотку, действующую только на датчик ЭПР с эталонным образцом. Сигнал развертки подают на вход стабилизатора тока вспомогательной магнитной системы, которая создает магнитное поле (развертки) в области датчика эталонного образца, вызывая изменение его выходного напряжения. Это напряжение через цепь обратной связи подают на вход стабилизатора тока основной магнитной систе мы в такой полярности, что результирующее изменение поля на эталонном образце равно нулю. Так как поле основной магнитной системы действует на оба датчика ЭПР, а поле вспомогательной системы действует только на эталонный датчик, то при этом происходит развертка магнитного поля, дей ствующего на основной датчик ЭПР. Дл более надежной работы устройства сиг нал развертки одновременно подгиот также на вход стабилизатора тока основной магнитной системы. При этом сигнал развертки компенсирует си.гнал рассогласования поступающий через цепь обратной связи 2. Недостатком известного способа является необходимость размещения в однородном магнитном поле не только датчика ЭПР с исследует олм образцом, но и вспомогательного датчика ЭПР с эталонным образцом, а также необходимость локального изменения магнитного поля на одном из датчиков ЭПР. В результате требуется применять ма нитные системы с увеличением объемов однородности магнитного поля, что резко увеличивает вес и стоимост магнитных систем. Известный способ практически непр меним в спектрометрах ЭПР, в которых магнитное поле создается с помощью сверхпроводящих магнитных систем, так как такие системы не содержат ферромагнитного сердечника, и поэто му практически невозможно изменять поле на эталонном образце без нарушения величины и однородности поля на исследуемом образце. Целью изобретения является повышение точности регистрации. . Поставленная цель достигается тем что согласно способу регистрации спектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего маг нитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от ре зонансного, производят развертку по яризующего магнитного поля для поучения резонансных условий на иследуемом образце, модулируют поляизующее магнитное поле периодическими импульсами и осуществляют стаилизацию резонансного значения пояризующего магнитного поля на иследуемом образце при нулевых значеиях амплитуды периодических импульсов. В другом варианте достижения поставленной цели в известном способе регистрации спектров ЭПР, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, производят стабилизацию резонансного значения поляризующего магнитного поля на исследуемом образце по сигналу ЭПР эталонного образца, расположенного в том же датчике, что и исследуемый образец, модулируют поляризующее магнитное поле периодическими прямоугольными импульсами, в ; пазах между которыми значение поляризующего магнитного поля равно значению резонансного поля для эталонного образца. На фиг.1 представлены эффект ЭПР и изменение развертки поляризующего магнитного поля при модуляции ее периодическими прямоугольными импульсами; на фиг.2 - пример стабилизации резонансных условий по эталонному образцу; на фиг.З - вариант схемы устройства, реализующего предлагаемый способ. Способ осуществляется следующим образом. Устанавливают значение поляризующего магнитного поля Ид (фиг.1), соответствующ ее максимуму линии поглощения ЭПР. Для регистрации всей линии поглощения ЭПР поляризующее магнитное поле разворачивают во времени так, чтобы амплитуда развертки была достаточна для регистрации всей линии ЭПР. Поскольку информацию об отклонении от резонансных условий получают при нулевом значении поля развертки, последнее модулируют периодическими прямоугольными импульсами так, что поле развертки периодически принимает нулевое значение. Таким образом, в интервале времени получают сигналы ЭПР исследуемого образца, а в интервале сигнал отклонения от резонансных условий. Сигнал отклонения от резонансных условий и сигнал ЭПР исследуемого образца имеют вид прямоугольных импульсов, следующих друг за другом Затем эти импульсы разделяют коммутатором, управляемым от генератора прямоугольных импульсов, сглаживают фильтром низкчх частот и подайт сиг нал отклонения от резонансных уелоВИЙ через цепь отрицательной обратной связи на вход стабилизйрованного источника питания магнитной системы, компенсируя таким образом дре резонансных условий, асигнал ЭПР на регистрирующий прибор, развертка которого сопряжена с разверткой поляризирующего магнитного поля. Таким образом, предлагаемый способ по воляет осуществлять стабилизацию ре зонансных условий по исследуемому образцу при регистрации спектра ЭПР Если спектр исследуемого образца |из-за малой интенсивности или по ка ким-либо другим причинам не подходя для осуществления стабилизации peso нансных условий, то стабилизацию мож но .осуществлять по спектру эталонно го образца, помещаемого в тот же да чик ЭПР, что и исследуемый образец. При этом в паузах между импульсами (интервал времени t -t-, на фиг.2), устанавливают значение магнитного поля, соответствующее линии ЭПР эта лонного образца. Устройство включает СВЧ генерато ра 1, источник поляризующего магнит ного поля HO, состоящий из сверхпроводящего (с.п.) соленоида 2 и стабил зированного источнике; 3 тока, резонатор 4 с парамагнитным образцом, ге нератор 5 развертки магнитного поля,, генератор 6 прямоугольных импульсов, задатчик 7 напряжения, ком.мутирующее устройство 8, модулятор 9 с катушкой 10, блок 11 усиле ния и фазового детектирования сигнала, коммутирующее устройство 12, фильтры 13 и 14 низких частот (ФНЧ), цепь 15 отрицательной обратной связи (ООС) и регистрирующее устройство (двухкоординатный самописец) 16. Резонатор 4 помещен в магнитное поле с.п. соленоида 2 и соединен с СВЧ генератором 1 и блоком 11 уси ления и фазового детектирования сигнала, который соединен через коммутирующее устройство 12 с ФНЧ 13 и 14 Ko мyтирующее устройство управляется прямоугольными импульсами от генератора 6. Фильтр 14 соединен с самописцем 1б, горизонтальнаяразвертка которого осуществляется от генератора 5. Фильтр 13 через цепь 15 ООС подключен к стабилизированному ИСТОЧН.ИКУ 3 тока соленоида 2. Вход модулятора 9 катушки 10 через коммутирующее устройство 8 периодически подключается к задатчику 7 напряжения или к генератору 5 развертки. Кеммутирующее устройство 8 управляется прямоугольными импульсами от генератора б. Устройство работает следующим образом. Детектирование сигнала ЭПР осуществляется методом.высокочастотной (в.ч.) модуляции магнитного поля (на фкг.З в.ч. модулятор не показан). В моменты времени t -t. коммутирующие устройства 8 и 12 нахбдятся в положении А, на модулятор 9 поступает сигнал развертки поляризующегомагнитного поля с генератора 5 развертки, а сигнал с выхода блока 11 усиления и фазового детектирования сигнала через фильтр 14 поступает на самописец 16. В периодически следующие друг за другом промежутки времени tjj-t на вход фильтра 14 поступают прямоугольные импульсы, среднее значение которых пропорционально первой производной линии ЭПР. Среднее значение импульсов выделяется ФНЧ 14 и регистрируется самописцем 16. в моменты времени .., коммутирующие устройства 8 и 12 находятся в положении Б и на модулятор 9 поступает напряжение с задатчика 7 напряжения. При стабилизации резонансных условий по исследуемому образцу это напряжение равно нулю, а при стабилизации по эталонному образцу это напряжение выбирается таким, чтобы в эти моменты времени магни гное поле соответствовало центру линии эталонного образца. Таким образом, в интервалах времени , на вход фильтра 13 поступают прямоугольные импульсы на пряжения, амплитуда которы пропорциональна первой производной сигнала ЭПР в окрестности njHTpa линии ЭПР эталонного образца. Среднее значение этих импульсов пропорционально отклонению резонансных условий от центра линии ЭПР, так как значение первой производной пропориионально отклонению от центра линии ЭПР, если тклонения не велики. Это среднее значение выделяется ФНЧ 13 и через епь 15 ООС подается на стабиизированного источника 3 тока так, то откл1онение от центра линии уменьается, т.е. осуществляется ООС по тклонению от условий резонанса. Использование предлагаемого спосоа в спектрометре ЭПР 2-миллиметровоо диапазона со сверхпроводящей магитной системой позволяет осуществять стабилизацию резонансных услоий в процессе записи спектра ЭПР сследуемого образца без npHN.eHeHHH ополнительного датчика ЭПР. Благодая этому в 4-5 раз сокращаются неободимые размеры-однородной области агнитного поля. Это, в свою очередь, инимум в 10 раз сокращает объем и стоимость сверхпроводящей магнитной cHCTef/tH. Кроме того, предлагаемый способ может быть применен для стабилизаци резонансных условий не только в области ЭПР, но и при регистрации любых функциональных зависимостей, гд возможен неконтролируемый дрейф раз вертываемого аргумента физической величины. Формула изобретения 1. Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонан са, при котором осуществляют стабилизацию поляризующего магнитного по ля на исследуемом образце путем вве дения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом обра це, отличающийся тем, что, с целью повьтпиения точности регистрации, модулируют поляризующее Магнитное поле периодическими импуль Сс1Ми и осуществляют стабилизацию ре зонансного значения поляризующего магнитного поля наисследуемом обра це при нулевых чачениях амплитуды периодических импульсов. 2. Способ регистрации спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), при котором осуществляют стабилизацию поляризующего махнитного поля на исследуемом образце путем введения отрицательной обратной связи при отклонении значения поляризующего магнитного поля от резонансного, производят развертку поляризующего магнитного поля для получения резонансных условий на исследуемом образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, производят стабилизацию резонансного значения поляризующего магнитного поля на исследуемом образце по сигналу ЭПР эталонного образца, расположенного в том же датчике, что и исследуемый образец, модулируют поляризующее магнитное поле периодическими прямоугольными импульсами, в паузах между которыми значение поляризующего маг- НИТНОГ9 поля равно значению р€13онансного образца.; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Семенов А,Г. и др. Стабилизация поля электромагнита спектрометра РЭ-1301 ПС сигналу ЭПР изучаемого образца. - Приборы и техника эксперимента, 1965, 2, 130-133. 2.Авторское свидетельство СССР. 395761,кл.С 01 N 27/78,1971(прототип), //

Н

Нэ

Но

Нр

t/ tt

t

Фиг. 7

Фиг. 2

г

w

i/b-j

r

-Z.

/J

s

/

7ff

0yf,J