Спектрометр электронного парамагнитного резонанса Советский патент 1982 года по МПК G01N24/10 

() СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к радиоспектроскопии, в частности к спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Известны спектрометры ЭПР для регистрации сигналов магнитного резона са короткоживущих парамагнитных частиц, содержащие генератор колебаний с системой автоматической подстройки частоты (АПЧ), помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний и системой регистрации сигналов ЭПР, включающей синхронный усилитель, приемный детектор и генератор модуля ции, источник излучения для возбуждения образца l, В таких спектрометрах сигнал ЭПР регистрируется приемным детектором по изменению отраженной от рабочего резонатора мощности сверхвысокочасто ного (СВЧ) излучения генератора, выз ванному поглощением СВЧ излучения об разцом в момент резонанса, при этом на регистрацию сигналов ЭПР короткоживущих парамагнитных частиц накла- дываются ограничения, связанные с характеристическими временами затухания рабочего резонатора и системы АПЧ, быстродействием системы регистрации. Известен также спектрометр, в котором сигнал магнитного резонанса детектируется по изменению параметра образца, кинетически связанного с выходом реакции, в которой участвуют короткоживущие парамагнитные частицы. Спектрометр содержит генератор колебаний, помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний и системой регистрации сигналов, включающей синхронный усилитель, фотоприемник и генератор модуляции, связанный с генератором колебаний, магнитом и источником излучения для возбуждения образца, держатель для образца, расположенный внутри рабочего резонатора. В этом спектрометре сигнал магнитного резонанса регистрируется на частоте модуляции мощности рабочего генератора только от люминесцирующих оптически прозрачных образцов по изменению в момент резонанса такого параметра об резца, связанного с реакцией, как ин тенсивность люминесценции Г2. Однако известный спектрометр ЭПР не позволяет регистрировать сигналы ЭПР участвующих в реакции короткожи. вущих парамагнитных частиц в образцах, которые оптически не прозрачны и не люминесцируют. Целью изобретения является повыше ние чувствительности спектрометра пр исследовании парамагнитных частиц .в Ьптически непрозрачных, нелюминесцирующих образцах.. Поставленная цель достигается тем что в спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий генератор колебаний, помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний, и системой регистрации сигналов,включающей последовательно соединенные i синхронный усилитель и генератор модуляции, связанный с генератором колебаний, магнитом и источником излучения для возбуждения образца, держатель образца, расположенный внутри рабочего резонатора, дополнительно введены перестраиваемый акустический резонатор и акустический датчик, при чем рабочий резонатор, перестраиваемый акустический резонатор и акустический датчик связаны между собой акустически, а акустический датчик соединен с синхронным усилителем сис темы регистрации сигналов. На фиг. 1 представлена структурна схема спектрометра с использованием полого цилиндрического рабочего резонатора с видом колебаний HQ и жидким образцом, помещенным в цилинд рическую ампулу; на фиг. 2 - спектр магнитного резонанса возбужденных короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при возбуждении суспензии липосомы. Спектрометр.содержит рабочий резонатор 1 с держателем 2 для образца например ампула с жидким образцом 3, перестраиваемый акустический резонатор k и акустический датчик 5, сое диненные механически и связанные акустически с рабочим резонатором 1 через отверстие в поперечном сечеНИИ держателя 2 для образца, синхронный усилитель 6 системы регистрации сигналов,соединенный с акустическим датчиком 5 генератор модуляции 7, источник 8 излучения для возбуждения образца, управляемый генератором модуляции 7 генератор колебаний 9, соединенный с рабочим резонатором 1 и магнит 10. Спектрометр работаетследующим образом. Рабочий резонатор 1 с исследуемым образцом настраивают на частоту генератора Колебаний 9. Развертку магнитного поля осуществляют обычными способами. С помощью генератора.модуляции 7, который управляет источником 8 излучения, устанавливают заданные частоту повторения и длительность импульсов излучения источника 8, необходимых для возбуждения образца, перестраиваемый акустический резонатор настраивают на частоту повторения импульсов излучения источника 8. Акустический датчик 5 работает в диапазоне этих частот. Излучение (свет, быстрые электроны, гамма-излучение) возбуждает образец. При поглощении образцом излучения источника 8 молекулы в образце переходят в возбужденное состояние. Когда образец не люминесцирует, возбужденные парамагнитные частицы отдают свою энергию в результате безызлучательных переходов, следовательно, эта энергия переходит в тепло, вызывая нагрев образца, при этом происходит изменение его объема.Если интенсивность излучения источника . 8 не превышает величины, при которой поглощающие это излучение переходы в образце насыщаются, то для заданной частоты повторения импульсов излучения источника 8 в образце возникают с этой частотой изменения его объема и давления, т.е. в образце возбуждаются акустические колебания. Регистрация сигналов магнитного резонанса осуществляется акустическим датчиком по изменению в момент резонанса интенсивности акустических коп лебаний, возникающих на границе между образцом и внешней, по отношению к образцу, средой при импульсном возбуждении образца. Преобразование тепловой энергии в акустическую при оптическом возбуждении образцов используется в оптоакустическои спектроскопии для определения коэффициентов оптического поглощения различных материалов. Величину МО1ЦНОСТИ генератора колебаний 9 берут такой, чтобы не происходило насыщение зеемановских уровней парамагнитных частиц, тогда изменения интенсивности акустических колебаний пропорциональны величине, пог лощенной парамагнитными частицами, в момент резонанса СВЧ мощности генератора колебаний 9 и, следовательно, эти изменения соответствуют сигналу магнитного резонанса. Для уменьшения влияния виброшумов на сигнал магнитного резонанса корпус полого рабочего резонатора 1 выполнен массивным и имеет внешнюю форму, предотвращающую изменение его геометрических размеров на частоте модуляции источника 8 излучения. Быстродействие предлагаемого спектрометра определяется скоростью передачи поглощенной переходами энергии в тепло и скоростью распространения акустических колебаний в образце и внешней по отношению к образцу ередеЧувствительность спектрометра опре деляется в основном чувствительностью акустического датчика. Предельная чувствительность спектрометра ограничена шумовыми акустическими колебаниями, вызываемыми тепловыми флукту циями. Для повышения чувствительности спектрометра используют известные методы и технику стробирования и усреднения сигналов магнитного резонатора. Использование новых элементов акустического резонатора и акустического датчика, которыми оснащен рабочий резонатор, выгодно отличает предлагаемый спектрометр от известного и позволяет регистрировать как сигналы магнитного резонанса короткоживущих 9 0 , 6 парамагнитных частиц флуоресцирующих образцов, так и от нефлуоресцирующих оптически непрозрачных образцов, расширяя функциональные возможности спектрометра. Формула изобретения Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий генератор колебаний, помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний и системой регистрации сигналов, включающей последовательно соединенные синхронный усилитель.и генератор модуляции, связанный с генератором колебаний, магнитом и источником излучения для возбуждения образца, держатель образца, расположенный внутри рабочего резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности спектрометра при исследовании парамагнитных частиц в оптически непрозрачных, нелюминесцирующих образцах, в него дополнительно введены перестраиваемый акустический резонатор и акустический датчик. причем рабочий резонатор, перестраиваемыи акустический резонатор и акустический датчик связаны между собой акустически, а акустический датчик соединен с синхронным усилителем системы регистрации сигналов, Истачники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Пул Ч. Техника ЭПР-спектроскопии. М., Мир, 1970, с. 320. 2.Франкевич Е.Л., Лесин В.И., Приступа А.И. Магнитный резонанс короткоживущих промежуточных комплексов реакции гашения триплетных зкситонов радикалами. КЭТФ, 1978, т. 75, вып.2 (8) с. 15 (прототип).