отсутствуют надежно подтвержденнь1е факты существенного влияния магнитного поля на биологические организмы. Примерами таких устройств являются магнитные весы Гюи, Ренкина, спектрометры ядерного, магнитного и электронного парамагнитного резонансов ЯМР- и ЭПР-приборы и др.;. Наиболее чувствительным и перспективным из указанных магнитных устройств яв ляется спектрометр, который работает на ядрах , содержащихся во всех физиологических компонентах биологи™ ческих объектов.
Известно ЯМР-устройство, которое используется для определения биохимических изменений и физиологического состояния растительных объектов, в частности для определения влагосодержания, состоящее из магнита, датчика ЯМР и вторичного прибора f 2 ,
Источник магнитного поля - магнит обеспечивает в месте расположения катушки с исследуемым образцом высокую напряженность магнитного поля, большую стабильность за время измерений и высокую однородность (в объеме образца относительная неоднородность поля не превышает Ю). Для обеспечения этих требований в спектрометре ЯМР имеются блок питания, стабилизаторы поля по напряжению, току, магнитному потоку и уст- ройства для выравнивания неоднородности магнитного поля -(пассивные потоковые и электрические токовые шиммы ). Датчик ЯМР представляет собой небольшую экранирующую коробку, внутри которой закреплена цилиндрическая катушка. Ампула с исследуемым образцом вводится через отверстие в экране и pacпoлaгaetcя внутри катушки датчика. В других современных промышленных спектрометрах ЯМР в датчике размещены еще и другие вспомогательные устройства, обеспечивающие, например, термостатирование образца, вращение его вокруг оси катушки и др. Втор,ичный электронный прибор соединен с датчиком коаксиальным кабелем и располагается рядом с источником магнитного поля. Он включает в себя генератор для создания высокочастотного тока в катушке датчика ЯМР, ВЧ и НЧ-усилителя, амплитудные и фазовые детекторы и регистратор ( осциллограф и самописец ). Кроме того, в спектрометре ЯМР имеются устройства, обеспечивающие линейное прохождение через
резонансные условия, измерения параметров регистрируемых сигналов и др. которые имеют свои специальные токовые катушки, и электронные блоки.
Однако при определении биохимических изменений и физиологического состояния растительных объектов в известном устройстве измерения проводятся с нарушением целостности растительного объекта (кроме мелких объектов, например семян); во время исследования объект подвергается со стороны устройства воздействию сильного магнитного и радиочастотного электромагнитного полей; устройство является крупногабаритным лабораторным прибором.
Эти недостатки обусловлены следую щими причинами. ВЯМР-спектрометре исследуемый образец помещается внутрь цилиндрической катушки датчика, расположенной в сильном магнитном после высокой однородности, по виткам которой течет высокочастотный ток. В связи с тем, что для получения .спектров ЯМР достаточной интенсивности и высокой разрешающей способности необходимо использовать силные и весьма однородные магнитные поля, размер рабочей области датчика ЯМР и, следовательно, размер объекта обычно не превышает 1-3 см. Дальнейшее увеличение рабочего объема сопряжено со значительным увеличением объема и веса спектрометра ЯМР, который и без того является крупногабаритным лабораторным прибором. Следовательно, при помощи спектрометра ЯМР можно исследовать без разрушения целостности лишь мелкие растительные объекты или соки, что ограничивает область их применения. Такие приборы невозможно также применить для изучения развития растений в процессе их роста, созревании или хранения без нарушения физиологической целостности и без прекращения их жизни, если их размеры превышают 1-3 см . Во время измерения растительный объект в спектрометре ЯМР оказывается под воздействие сильного магнитного (Н /х кЭ ) и высокочастотного электромагнитного полей. Эти поля в принципе могут нарушать нормальный ход биохимических процессов, так как в естественны условиях растения подвергаются воздейстрию лишь слабого земного поля, напряженностью порядка 0,5 Э. Нако599нац, сам спектрометр ЯМР является весьма слЬжным крупногабаритным радиотехническим прибором, применение которого для определения хода физиологического развития, например, сте пени созревания растительного объекта непосредственно на месте его произрастания (на поле, огороде, бах че и т.п. ) невозможно. Целью изобретения является выполнение измерений без нарушения физиологической целостности исследуемого объекта и исключение влияния на него устройства во время измерения, а так же упрощение его конструкции и уАень шение габаритов. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения биохимических изменений и фи зиолорического состояния расти тельны объектов, содержащем датчик ЯМР, вто ричный прибор и источник магнитного поля, датчик ЯМР выполнен в виде пары соединенных встречно или не скольких включенных встречно соединенных. последовательно катушек, образующих измерительную полость для размещения в ней объекта, причем пло кости витков катушек взаимно параллельны. Кроме того, для повышения чувстви тельности измерений и удобства эксплуатации катушки даучика ЯМР выполнены разъемными по форме образца, что позволяет наблюдать сигнал ядерного магнитного резонанса от растительного объекта при максимальном коэффициенте заполнения объектом катушки датчика без разруешния физиоло гической целостности объекта ( например.арбуза, дыни, стебля кукурузы и т.п. ). На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - датчик ЯМР, четырехкатушечный, разъемный; на фиг. 3 - то же, восьми катушечный; на фиг. - неразъемный двух катушечный датчик для исследования цилиндрических образцов (стеблей, плодов, зерна или соков в цилиндрической трубе ); нафиг. 5 - датчик разъемный двухкатушечный для исследования растительных объектов типа арбузов, дынь, тыквы и т.п.; на фиг. 6 - то же, датчик четырехкатушечный; на фиг. 7 осциллограммы сигналов свободной процессии, полученные при помощи макета предлагаемого устройства от яблок одного сорта, снятых с дерева до и после заморозков. Блок-схема устройства состоит из датчика 1 ЯНР и вторичного прибора 2, соединенного коаксиальным кабелем 3. Вторичный прибор включает в себя источник тока поля|эизации (например, аккумулятор }, коммутатор .5, усилитель 6 и регистратор 7 сигнала свободной процессии. Для получения сигнала JWP при помощи коммутатора подключают батареи к катушкам датчика 1 ЯМР, которые должны быть ориентированы плоскостями своих ВИТКОВ параллельно магнитному полю Земли Hjgi,. Благодаря току, протекающему через катушки, в рабочей их области создается поляризующее магнитное поле ориентированное перпендикулярно Н. Это пот создает ядерную намагниченность М в исследуемом образце, причемМ ортогонально . Через 1-3 с после Нп быстро выключают коммутатор 5 и под- ключают датчик к усилителю 6 и регистрируют сигнал свободной процессии ядер в магнитном поле Земли за счет ЭДС, наводимой в катушках, прецессирующей намагниченность М вокруг Йзем с частотой ui . Амплитуда огибающей сигнала СП убывает по экспоненциальному закону с постоянной аремени Т 2 . Время спин-спиновой релаксации Т2 (в жидкостях оно равно Т - времени спин-решеточной релаксации) определяют по изменению амплитуды сигнала СП в раз и по нему определяют биохимические изменения или физиологическое состояние растительных объектов. Отличительные особенности устройства позволяют достичь технико-экономической эффективности ЯМР-устройства при использовании его для определения биохимических изменений и физиологического состояния растительных объектов. Встречное включение двух катушек или пар последовательно соединенных катушек делает дэтчик ЯМР мало чувствительным к внешней электромагнитной помехе, что позволяет наблюдать ЯМР в слабом, но высокооднородном магнитном поле.Земли, используя при этом датчики с большими измерительными полостями, объемом от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических сантиметров, в котоых могут целиком располагаться боль
799 9688
шие растительные объекты, например,устройство и позволяет его осущестарбузы, или тыквы 0ез нарушения ихвлять в виде переносного прибора, физиологической целостности. Вследст вие конструктивных особенностей устройство во время измерения регистрирует сигнал свободной прецессии ядер в земном поле, который наблюдается без воздействия на образец высокочастотного электромагнитного и сильного магнитного полей, т.е. растительный объект исследуется в условия его естественного развития в магнитном поле Земли. Разъемная по форме образца конструкция катушек датчика, прилегающих к поверхности растительного объекта (см. фиг. 2) позволяет исследовать растения в процессе их развития без нарушения целостности объекта и без изменения происходящих в нем физиоло гических процессов. Это позволяет ис .дальзовать устройство в качестве при бора для определения степени созревания агрономических культур (например сахарного тростника, арбузов, дынь и т.п.) непосредственно на план тациях, бахчах, и др. сельскохозяйст венных угодьях. Кроме того, можно изучать ход физиологического развития растений в течение длительного времени и исследовать влияния на их жизнь различных внешних факторов (удобрения, орошение и т.п. ), устанавливая, таким образом, оптимальные условия для получения тех или иных полезных качеств агрономических культур. Используя результаты этих исследований и контролируя при помощи предлагаемого устройства развитие растительных объектов на .. плантациях, можно оказывать влияние на это развитие при помощи внешних |факторов с тем, чтобы его ход шел по оптимальному графику. Иными словами использование изобретения в качест,ве прибора для неразрушающего растительные объекты экспресс-анализа спо собствует научному подходу и формиро ванию урожайности некоторых агрономических культур. Аналогично изложенному характеризуется полезность изобретения при использовании его в качестве прибора для контроля за изменением тех или иных качеств агрономических культур например ФРУКТОВ и овощей в процессе их хранения. Использование для наблюдения ЯМР в магнитном поле Земли в значительной степени упрощает ЯМРпригодного для экспресс-анализа агрономических культур непосредственно на плантациях или в хранилищах. На изготовленном в Ленинградском университете лабораторном макете прибора в процессе его испытания измерены при одинаковых условиях эффективные времена затухания Т сигналов свободной прецессии ядер водорода в земном поле для ряда растительных объектов. Под Т2 понимается время, за которое амплитуда сигнала свободной прецессии уменьшается в g раз. Время Т 2 опревременем спин-спиновой ределяетсяТп и зависит от неодиородлаксации.. ности магнитного поля /Н , Т2 . Для исключения влияния (fH, искажающего полезную информацию, необходимо использовать эталонные образцы. Некоторые результаты измерений представлены в таблице. Сахарный съедобная тростник разного возраста Арбуз розовнутренвыйность Картофель Красный Яблоки сорта Морковь Китайка до замо- розков после за„мороз ков 0.37 Представленные в таблице результаты измерений Т в некоторых растительных объектах позволяют составить представление о возможностях использования изобретения для практических целей в сельском хозяйстве,, заготовительных организациях и в производстве продуктов потребления. Формула изобретения 1 Устройство для определения биохимических изменений и физиологического состояния растительных объектов, например их созревания или сохранности, содержащее датчик ядерного магнитного резонанса ЯМР) и вторичный прибор, отличающеес я тем, что, с целью выполнения измерений без нарушения физиологической целостности исследуемого объекта и исключения влияния на него устройства во время измерения, а также упро чЩения устройства и уменьшения его габаритов, датчик ЯМР выполнен в виде парысоединенных встречно катушек или нескольких включенных встречно пар соединенных последовательно катушек, образующих измерительную полость/для 9 8О размещения в ней объекта, причем плоскости витков катушек взаимно параллельны. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений и удобства эксплуатации устройства, катушки датчика ЯМР выполнены разъемными по форме исследуемого образца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Аккерман Ю. Биофизика. Мир, 1968. 2.Техническое описание ЯМР-прибора РАТ-20 фирмы Эуро-лаб (ФРГ), 1977 (прототип).
2
uz.J
/7
