Датчик магнитного резонанса

 

ДАТЧИК МАГНИТНОГО РЕЗОнанса , содержащий приемную катушку с исследуемым веш,еством, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности при исследовании малых количеств веществ, в приемную катущку помещен металлический диамагнитный цилиндр с диаметром , меньшим внутреннего диаметра приемной катушки на толщину исследуемого слоя вещества, а исследуемое вещество помещено в зазор между катушкой и цилиндром . (Л 4 4 О ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зао G 01 N 24/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3559547/18-25 (22) 03.03.83 (46) 23.07.84. Бюл. № 27 (72) С. П. Сеньшин (71) Институт ядерной физики АН Казахской CCP (53) 539.143.43 (088.8) (56) 1. Леше А. Ядерная индукция. М., «Иностранная литература», 1963, с. 49.

2. Абрагам А. Ядерный магнетизм. М., «Иностранная литература», 1963, с. 86 — 87 (прототи п) .

„„SU„„1104402 А (54) (57) ДАТЧИК МАГНИТНОГО РЕЗОнанса, содержащий приемную катушку с исследуемым веществом, отлпчагощийс.г тем, что. с целью увеличения чувствительности при исследовании малых количеств веществ, в приемную катушку помещен металлический диамагннтный цилиндр с диаметром, меньшим внутреннего диаметра приемной катушки на толщину исследуемого слоя вещества, а исследуемое вещество помещено в зазор между катушкой и цилиндром.

1104402

Изобретение относится к технике магнитного резонанса и может быть использовано при исследовании малых количеств веществ

В настоящее время метод магнитного резонанса нашел широкое применение при различных исследованиях в химии, биологии, медицине, физике. В частности, метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) применяется при исследовании электронной структуры дефектов в металлах, сплавах, а также в облученных металлах. Применение метода ЯМР в металлах затруднено в связи с тем, что величина сигнала ЯМР от металлов на несколько порядков меньше сигнала от протонов в одинаковом магнитном поле. При исследовании металлов применяются два вида образцов: массивные, например, цилиндры, пластины, фольги, проволочки и порошкообразные. Наличие скин-слоя при работе с металлами осложняет работу тем, что искажает регистрируемую форму линии и не позволяет наблюдать сигнал от всего объема массивного образца, т. е. регистрируется поверхность с толщиной, равной глубине скин-слоя. При применении сплошных образцов фактически болыная часть образца не нужна. Используя образцы в виде порошка с размером, равны ь скин-слою, удается регистри ровать сигнал от большого количества образца с хорошим отношением сигнала к шуму.

В технике ЯМР известны различные конструкции датчиков сигнала ядерного магнитного резонанса, например: датчик Блока, Ролмена, мостовой датчик, автодинный датчик (1) .

Общим признаком для всех датчиков

ЯМР является наличие приемной катушки, в которой помещено исследуемое вещество, в частности, металлический порошок.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик магнитного резонанса, содержащий приемную катушку с исследуемым веществом. При использовании такого датчика сигнал ЯМР пропорционален величине внешнего магнитного поля, добротности приемной катушки, коэффициенту заполнения. Под коэффициентом заполнения понимают отношение объема образца в высокочастотном (ВЧ) поле к общему объему поля. В случае датчика Блошка — коэффициент заполнения определяется как отношение объема образца к объему катушки. Произведение величины добротности на коэффициент заполнения называется коэффициентом качества. При работе с веществами, имеющими слабые интенсивности А 8 V", Мв, Сц, стараются изготовить приемную катушку с максимально возможным коэффициентом качества (2) .

В ряде случаев работы с металлическими образцами, объем исследуемого образца ограничен объективными причинами, например, высокой наведенной, радиоактивностью, 5

10 15

45 большой стоимостью сверхчистых металлов и т. д. При регистрации сигналов ЯМР от металлов в современных спектрометрах на железных магнитах приходится работать на частотах 15 — 20 МГц, а при применении сверхпроводящих магнитов на частотах 50—

60 МГц. На эти частоты удается .изготовить приемную катушку с приемлемым коэффициентом качества на внутренний объем

150 мм и больше. Дальнейшее уменьшение об ьема приводит к резкому уменьшению коэффициента качества, а следовательно. и чувствительности датчиков.

Цель изобретения — увеличение чувствительности при исследовании малых количеств веществ.

Указанная цель достигается тем, что в датчике сигнала магнитного резонанса, содержащем приемную катушку с исследуемым веществом, в приемную катушку помещен металлический диамагнитный цилиндр с диаметром, меньшим внутреннего диаметра приемной катушки на толщину исследуемого слоя вещества, а исследуемое вещество помещено в зазор между цилиндром и катушкой.

На чертеже схематически изображен датчик магнитного резонанса, Устройство состоит из металлического

- диамагнитного цилиндра 1, слоя исследуемого вещества 2, приемной катушки 3. Стрелками обозначено распределение ВЧ поля в катушке. Если в катушку не помещать металлический цилиндр, то ВЧ поле заполнит весь внутренний объем. При помещении металлического диамагнитного цилиндра происходит вытеснение ВЧ поля в зазор между поверхностью цилиндра и катушки.

Таким образом, большая часть ВЧ поля сосредоточена в зазоре между поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью приемной катушки. Изменяя отношение площади сечения цилиндра к площади сечения катушки, можно изменять величину объема, в котором сосредоточено ВЧ поле. Если в этот объем, в котором сосредоточено ВЧ поле, поместить исследуемое вещество, в частности металлический порошок, то при выполнении условий магнитного резонанса мы зарегистрируем сигнал ЯМР от этого количества вещества. Вместо порошка можно напылить в вакууме или нанести гальваническим путем слой исследуемого металла толщиной, равной толщине скин-слоя. В этом случае коэффициент заполнения возрастает и равен отношению объема образца к объему, образованному внутренней поверхностью катушки и поверхностью цилиндра. Причем коэффициент заполнения пропорционален отношению площадя сечения цилиндра к площади сечения катушки.

Датчик работает следующим образом.

Металлический диамагнитный цилиндр

1 с диаметром, меньшим диаметра катушки,, 1104402

Составитель В. Майоршин

Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор А. Шандор

Заказ 5025/30 изготавливается из электролитической меди и имеет полированную поверхность. На липкую ленту фирмы «Скотч» равномерно насыпают алюминиевый порошок, затем лента накрывается вторым слоем ленты. Таким образом, получается тонкий слой исследуемого вещества 2, которым оборачивается медный цилиндр. Приемная катушка 3 автодина имеет внутренний диаметр 13 мм. Изготовлена из серебряной проволоки и имеет внутреннюю намотку с целью увеличения коэффициента заполнения. Регистрируется порошок чистого 99,99о/о-ного отожженного алюминия. Медный цилиндр 1 с исследуемым слоем вещества 2 плотно вставляется в приемную катушку 3. Масса измеряемого вещества определяется взвешиванием пленки с порошком и без порошка. Замечено, что с одним и тем же количеством вещества с увеличением или уменьшением диаметра цилиндра величина сигнала ЯМР уменьшается или увеличивается соответственно. Существенным требованием является то, что цилиндр должен быть изготовлен из другого металла, так как от него тоже наблюдается сигнал ЯМР.

При измерении 20 мг порошка алюминия, на частоте 15 МГц при ширине развертки 40 Гс, времени прохождения 100 с, постоянной времени 0,5 с, амплитуде модуляции магнитного поля 1 Гс, при комнатной температуре отношение сигнала к шуму равняется 30 при девятикратном накоплении сигнала.

Таким образом, датчик магнитного резонанса позволяет зарегистрировать сигнал ЯМР от малого количества исследуемого вещества с удовлетворительным отношением сигнала к шуму, т. е. увеличить чувствительность спектрометра при исследовании малых количеств веществ.