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

. 1 .

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении ЭПР-спектрометров.

Известны спектрометры ЭПР, в которых индикация спектров парамагнитного резонанса осуществляется на постоянном токе или же на звуковой частоте Однако эти спектрометры .не имеютвысокой чувствительности, так как она ограничена низкочастотными шумами кристаллического детектора, а также не имеют возможности исследовать кинетические процессы в веществах с короткими временами релаксации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спектрометр, содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми ог модулятора магнитного поля. Высшая частота модуляции ма1- нитного поля этого спектрометра составляет 100 кГц. Он обладает-максимальной чувствительностью при измерениях с высокодобротным измерительным резонатором Г21.

Однако при увеличении частоты модуляции магнитного поля при исследовании кинетических явлений в многокомпонентных парамагнитных веществах с различными временами релаксации появляются амплитудные и фазовые искажения сигнала ЭПР, так как измерительный резонатор является фильтром с полосой частот, определяемой добротностью резонатора. При увеличении частоты модуляции магнитного поля необходимо снижать добротность измерительного резонатора, что приводит к снижению чувствительности спектрометра в целом. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей -спектрометра ЭПР путем увеличения диапазона частот модуляции магнитного поля.. Поставленная цель достигается тем, что в спектрометр ЭПР, содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель си(- нала ЭПР, блок СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми от модулятора магнитного поля, дополнительно введены второй модулятор магнитного поля, подключенный к измерительному резонатору с элементами модуляции, . и синтезатор разностной частоты, . входы которого соединеКы со вторыми выходами первого и второго модуляторов магнитного поля, а его выход подключен к синхронному детектору, На чертеже представлена структур|ная схема предлагаемого спектрометра Спектрометр содержит модулятор 1 |магнитного поля с частотой , модулятрр 2 магнитного поля с, частотой , измерительный резонатор 3 с элементами модуляции, блок СВЧ Ц, усили тель сигнала ЭПР 5, синхронный детектор б, синтезатор 7 разностной частоты, например, на основе известного смесителя двух частот. Модулято 1 соединен с элементами модуляции измерительного резонатора 3, а также с одним из входов синтезатора 7 разностной частоты. Модулятор 2 аналогично связан со вторым входом синтезатора 7 и элементами модуляции резонатора 3. Выход синтезатора 7 подключен к опорному входу синхронного детектора 6, а к сигнальному входу синхронного детектора 6 подключен вы ход усилителя сигнала ЭПР 5. Вход блока СВЧ k соединен с измерительным резонатором 3, а выход - с входом усилителя сигнала ЭПР 5. Спектрометр работает следующим об разом. В месте расположения исследуемого образца в измерительном резонаторе с помощью элементов модуляции, на KOTopjDie подается модулирующее напряжение от модуляторов 1 и 2,.осуществ ляется малая модуляция магнитного по ля около его резонансного значения одновременно на двух частотах и f. Мощность СВЧ, отражающаяся от из мерительного резонатора 3 и несущая информацию о сигнале ЭПР, будет поэтому также промодулирована. Наличие парамагнитного образца в измерительном резонаторе приводит к модуляции мощности СВЧ на частотах f , f., ( + fj) и (f - f). Однако поскольку частоты модуляторов f и f высоки, т.е. f г Q где F - частота СВЧ, Q - добротность измерительного резонатора, и одновременно I f - f,/ ff то после преобразования блоком СВЧ k к усилителю сигнала ЭПР 5 поступает неискаженный сигнал на частоте f - f, После усиления на этой частоте сигнал поступает на вход синхронного детектора 6. Одновременно на опорный вход детектора 6 поступает сигнал разностной частоты, сформированный в синтезаторе 7 из частот f и fj модуляторов 1 и 2, благодаря чему осуществляется неискаженная регистрация сигнала ЭПР от образца, который подвергается воздействию высокочастотной модуляции. Следовательно, выбирая высокие частоты модуляторов таким образом, чтобы их разность была в полосе частот измерительного резонатора, в предлагаемом спектрометре в отличие от известного достигается увеличение частоты модуляции магнитного поля без понижения добротности измерительного резонатора, что обеспечивает неискаженную и высокочувствительную регистрацию спектров ЭПР в объектах с парамагнитными центрами с короткими временами релаксации. Формула изобретения Спектрометр электронного парама - нитного резонанса с высокочастотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель сигнала ЭПР, блок СВЧ-излучения и измерительный резонатор с элементами модуляции, управляемыми от модулятора магнитного поля, отличающ.ийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения диапазона частот модуляции, в него дополнительно введены второй модулятор магнитного поля, подключенный к измерительному резонатору с элемен(тами модуляции, и синтезатор разностной частоты, входы которого соединены со вторыми выходами первого и второго модуляторов магнитного поля, а его выход подключен к синхронному детектору.

Источники информации, принят, во внимание при экспертизе

1. Аяьтшулер С.А., Козырев Б.М. Электронный парамагнитный резонанс. М., Наука, 1972, с. 47.

2.Проспект фирмы Varian E-Line Century Series 9,5 QizpPR Systems MAG 1977 A, Printed in USA 6 M 76 (прототип).