Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса для измерения времени спин-решеточной релаксации во вращающейся системе координат Советский патент 1982 года по МПК G01N24/10 

(5) ИМПУЛЬСНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ РЕЛАКСАЦИИ ВО ВРАЩАЩЕЙСЯ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ . Изобретение относится к устройствам для наблюдения эффекта магнитного резонанса и может использоваться в различных областях физики, химии, биологии, медицины и т.д. Известны импульсные спектрометры ядерного магн,итного резонанса, напри мер, для исследования релаксационных процессов в твердых телах и жидко,стях til. Однако на таких спектрометрах ядерного магнитного резонанса (ЯМР) можно проводить исследований времен релаксации только в лабораторной системе координат и нельзя измерять времена спин-спиновой релаксации во вращающейся системе координат,оторые дают ценную, информацию о струк туре изучаемого объекта. Известен также Импульсный спектрометр ЯМР для измерений во вращающейся системе координат методом принудительной нестационарной процессии. Импульсная последовательность, создаваемая таким спектрометром, состоит из 3F/2 импульса и более длинного импульса, изменяемого по амплитуде и с фазой ВЧ-. поля, сдвинутой на 3i/2 относительно фазы в первом импульсе Спектрометры ЯМР, построенные на основе этого метода, имеют два канала формирования фазосдвинутых импульсов, что снижает помехоустойчивость и точность работы прибора. Наиболее близким по технической сущности к прелагаемому изобретению является спектрометр ЯМР, содержащий последовательно соединенные источник радиочастотного возбуждения и разветвитель, а также два (первый и второй) радиочастотных клапана, устройство управления, фазовращатель, сумматор, усилитель мощности, датчик и приемник. Причем выходы разветвителя соединены со входами радиочастотных клапанов, управляющие входы которы;ц соединены с выходами устройства управления , выход первого радиочастотного

клапана соединен со входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго радиочастотного клапана, а выход сумматора соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен со входами датчика и приемника.Условием точной работы такого устройства является точный сдвиг фазы, задание определенной амплитуды фазирующего импульса и повышенная помехоустойчивость, так как длительности формируемых фазирующих импульсов могут достигать единиц секунд, что сильно усложняет развязку высокочастотных цепей радиопередающего тракта спектрометра ЯМР ГЗ J.

Недостатком этого спектрометра является то, что в канале формирования фазосдвинутого импульса имеется аттенюатор. Однако наличие аттенюатора в канале формирования фазосдвияутого импульса усложняет построение высокочастотных цепей спектрометра ЯМР и ухудшает развязку каналов по высокой частоте, что ведет к снижению помехоустойчивости и фазовой стабильности спектрометра ЯМР.Кроме того, коэффициент передачи канала формирования фазирующего импульса заметно зависит от температурной нестабильности аттенюатора. Зто приводит к неоднозначности выставления величины амплитуды фазирующего импульса на выходе усилителя мощности, что снижает точность работыспектрометра ЯМР.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности работы импульсного, спектрометра ядерного магнитного резонанса для измерений вращающейся систе.ме координат.

Эта цель достигается тем,что в импульсный спектрометр ЯМР для измерения времени спин-решеточной релаксации во вращающейся системе координат, содержащий последовательно соединенные источник радиочастотного излучения и разветвитель, а также первый и второй радиочастотные клапаны, устройство управления, фазовращатель, сумматор, усилитель мощности, датчик и приемник, причем выходы разветвителя соединены со входами радиочастотных клапанов,управляющие входы которых соединены с выходами устройства управления.

ВЫХОД первого радиочастотного клапана соединен со входом фазовращателя, выход которого.соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго радиочастотного клапана, а выход сумматора соединен с входом, усилителя мощности, выход которого соединен со входами датчика и приемника , дополнительно введены последовательно .соединенные формирователь импульса и регулятор амплитуды видеоимпульса, выход последнего соединен с управляющим входом усилителя мощности , а вход формирователя импуль5са соединен с управляющим входом первого радиочастотного клапана.

На чертеже дана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник ра0диочастотного излучения 1, разветвитель 2, радиочастотные клапаны 3 (первый) и Ц (второй), фазовращатель 5, сумматор 6, усилитель мощности 7 устройство управления 8, формирователь импульса 9 регулятор АМПЛИТУДЫ видеоимпульса 10,датчик 11, приемник 12.

Выход источника радиочастотного излучения 1 соединен со входом раз0ветвителя 2, первый выход которого подключен ко входу первого радиочастотного клапана 3, а второй выход подсоединен ко входу второго радиочастотного клапана 4. Фазовращатель 5 своим входом подключен к выходу первого радиочастотного клапана.3, а выходом - к первому входу сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом второго радиочастотно0го клапана , а выход соединен со входом усилителя мощности 7. Второй выход устройства управления 8 подключен к управляющему входу второго радиочастотного клапана 1, а первый выход связан с управляющим входом первого радиочастотного клапана 3 и со входом формирователя импульсов 9, выход которого соединен со входом регулятора видеоимпульса 10, Выход регулятора видеои ипульса 10 подключен к управляющему входу усилителя мощности 7, а вход датчика 11 связан с выходом усилителя мощ- нести 7 и со входом приемника 12.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал высокой, частоты, вырабатываемый источником радиочастотного излучения 1, проходит через разветвитель 2 и поступает на входы радиочастотных клапанов 3 и .Устройство управления 8 работает по программе формирования импульсной последовательности по методу принудительной нестационарной процесс сии и управляет работой радиочастотных клапанов 3 и . На выходе второго радиочастотного клапана j формируется JF/2 радиоимпульс, а н выходе первого радиочастотного клапана 3 - фазирующий радиоимпульс, который, проходя через фазовраща тель 5, изменяет свою фа.у на J/2 относительно фазы ВЧ-поля 1/2 радиоимпульса. .С выхода второго радиочастотного клапана k J/2 -импульс и с выхода фазовращателя 5 фазирующий импульс поступают на входы сумматора 6, на выходе которого формируется импульс ная последовательность, состоящая из Л/2 радиоимпульса и следующего сразу за ним фазирующего радиочастотного импульса. Сформированные по длительности и сдвинутые по фазе относительно ДРУГ друга на Л /2 радиоимпульсы с выхода сумматора 6 поступают на вход усилителя мощности 7- Импульс управления с перво го выхода устройства управления 8, управляющий работой, первого радиочастотного клапана 3, одновременно поступает на вход формирователя импульса 9 на выходе которого формируется видеоимпульс отрицательной полярности по длительности,равной длительности фазирующего импуль са и синхронизированный по переднему фронту с фазирующим радиоимпу ьсом. Сформированный формировате лем импульса 9 видеоимпульс отрицательной полярности, проходя через регулятор амплитуды видеоимпульса 1 поступает на управляющий вход усилительного элемента (в данном случа затвор мощного полевого транзистора усилителя мощности 7- Регулируя амплитуду видеоимпульса отрицательной полярности с помощью регулятора амплитуды видеоимпульса 10 и, тем самым, изменяя смещение рабочей точ ки усилительного элемента по входу, можно в широких пределах изменять коэффициент усиления усилителя мощности 7, что-дает возможность регул ровать амплитуду фазирующего радиочастотного импульса. 36 Таким образом, поступающий на вход усилителя мсчцности 7 J /2 радиочастотный импульс усиливается по амплитуде на максимальную постоянную величину, в то время как следующий за ним фазирующий радиочастотный импульс усиливается по амплитуде пропорционально коэффициенту усиления усилителя мощности 7, измененному с помощью действующих только во время усиления фазирующего импульса формирователя импульса 9 и регулятора амплитуды видеоимпульса 10. Сформированные по длительности, амплитуде и сдвинутые по фазе J/2 импульс и фазирующий импульс с выхода усилителя мощности 7 пЬступают на колебательный контур датчика 11. После окончания воздействия облучающих образец радиочастотных импульсов полезный сигнал ядерного магнитного резонанса, возникающий в колебательном контуре датчика 11, усиливается и детектируется приемником 12. Использование дополнительных элементов - формирователя импульса и регулятора амплитуды видеоимпульса отличает предлагаемое устройство от известных, так как позволяет упростить построение высокочастотных цепей спектра ЯМР, что улучшает развязку по высокой частоте каналов формирования радиочастотных импульсов. Повышается помехоустойчивость и точность работы устройства. Применение дополнительных элементов формирователя и регулятора амплитуды видеоимпульса упрощает регулировку и градуировку амплитуды фазирующего радиочастотного импульса, улучшает возможность автоматического управления амплитудой радиочастотного импуль.са при. автоматизированном управлении спектрометром ЯМР. формула изобретения Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса для измерения времени спин-решеточной релаксации во вращающейся системе координат,содержащий последовательно соединенные источник радиочастотного излучения и разветвитель, а также первый и второй радиочастотные клапаны, устройство управления, фазовращатель,сумматор, усилитель мощности, датчик и 79 приемник, причем выходы разаетвителя соединены с входами радиочастотных клапанов, управляющие входы которых соединены с выходайи устройства управ ления,выход первого радиочастотного клапана соединен с входом фазовращателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго радиочастотного клапана, а выход сумматора соединен с входом усилителя ющности, выход .которого соединен с входами датчика и приемника, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности работы спектрометра, в него дополнительно введены последовательно соединенные формирователь импульса и регулятор амплитуды видеоимпульса, 3 выход последнего соединен с управляющим входом усилителя мощности, и вход формирователя импульса сое динен с управляющим входом первого радиочастотного клапана. 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G.01 N 27/78, 1972,. 2.Bleich К.Е. et al. Modification of а commercial MIR Spectrometer to measure rotating - frane spin lattice relaxation Performance characteristics, J. Hagn. Reson., 1979, 35, p. 295. 3. Freeman W.J. et al. Automated nonselective. Measurement of T by Fourier. transform MlR, Rev. Sci 5nstrum. 1976, 7, Nl, p. 1A6 (прототип) .