Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха

 

Изобретение может быть использовано при исследовании структуры и строения химических соединений, а также при разработке различных радиофизических, радиотехнических систем и устройств, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотным полем. В способе наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающем воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов, на этой частоте дополнительно воздействуют радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾ ± Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР. Причем радиочастотные импульсы с различными частотами заполнения подают различными способами. Изобретение позволяет возбуждать резонансные переходы с широкими линиями ЯКР, получать дополнительную информацию о структуре и строении химических соединений, исследование которых ранее было затруднено. 4 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений, а также при разработке различных радиофизических и радиотехнических систем и устройств, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотным полем.

Известен способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾, где ω⁽_Qⁱ⁾ - резонансная частота возбуждаемого перехода, Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины наблюдаемой линии ЯКР, и регистрацию сигналов эха на частоте ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾ (см. Д. Я. Осокин. Импульсный спин-локинг в ядерном квадрупольном резонансе ¹⁴N//ЖЭТФ. 1983. Т. 84. N 1. С. 118 - 122).

Данный способ не позволяет наблюдать сигналы спинового эха с максимальной амплитудой (т.к. ее величина уменьшается в зависимости от величины расстройки), а также исследовать при этом спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Известен также способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте (см. E.L.Hahn Spin Echoes // Physical Review. 1950. V. 80. N 4. P. 580 - 584). Он принят нами за прототип.

Данный способ не позволяет исследовать влияние расстройки на спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Задачей данного изобретения является разработка метода ЯКР, позволяющего изучать влияние величины расстройки на различные спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения: общих с прототипом: способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с временными интервалами между ними и с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков: дополнительно воздействуют радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР. Причем радиочастотные импульсы с двумя частотами заполнения подают различными способами.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, предложен способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец радиочастотными импульсами с частотами заполнения, равными ω⁽_Qⁱ⁾ и ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾. Во-вторых, такой способ возбуждения и регистрации сигналов спинового эха позволяет наблюдать их с максимальной амплитудой.

В третьих, предлагаемое изобретение позволяет возбуждать резонансные переходы с широкими линиями ЯКР.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что такой способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха не обнаружен - он обладает новизной и изобретательским уровнем.

Задачей данного изобретения является разработка способа наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, позволяющего изучать влияние величины расстройки на спектральные, переходные и релаксационные параметры.

Способ реализован с помощью двухчастотного импульсного спектрометра ЯКР (А. с. СССР N 1132207, G 01 N 24/10, 1984, Бюл. N 48). Один канал настраивается на резонансную частоту ω⁽_Qⁱ⁾, а другой - на частоту ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾. На фиг. 1 - 4 и на фиг. 5 - 8 приведены импульсные программы, с помощью которых можно наблюдать сигналы квадрупольного спинового эха по предлагаемому способу. Они отличаются условиями возбуждения сигналов эха.

Вариант N 1. Сначала воздействуют радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, а затем - радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР. Регистрация сигналов эха ведется на резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ (фиг. 1 - 4).

Вариант N 2. Сначала воздействуют радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾, а затем - радиочастотными импульсами (или импульсом) с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾. Регистрация сигналов ведется на резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ (фиг. 5 - 8).

Вариант N 3. Первым и последним подают РЧ импульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, а в промежутке между ними - радиочастотные импульсы (или импульс) с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾. Регистрация сигналов ведется на резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ (фиг. 2).

Вариант N 4. Первым и последним подают РЧ импульсы с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾±Δω⁽_Qⁱ⁾, а в промежутке между ними - радиочастотные импульсы (или импульс) с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾. Регистрация сигналов ведется на резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ (фиг. 6).

Рассмотрим реализацию предлагаемого изобретения на примерах двух - и трехимпульсных программ возбуждения сигналов квадрупольного эха.

1. Если воздействовать на образец, содержащий квадрупольные ядра, по программе на фиг. 1, то наблюдаются сигналы эха с амплитудами: в момент времени в момент времени
в момент времени


в момент времени


в момент времени

Здесь (I'_x)_m,m-1 - элемент матрицы оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_Q. C_i(x_i) являются тригонометрическими функциями угловых длительностей радиочастотных импульсов. Появление этих функций связано с поведением матрицы эволюции квадрупольной спин-системы во время действия импульсов, ω_m,m-1 - резонансная частота ω⁽_Qⁱ⁾ - возбуждаемого перехода, Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты в пределах полуширины линии ЯКР, τ₁ и τ₂ - временные интервалы между первым и вторым и между вторым и третьим импульсами.

2. По программе на фиг. 2 сигналы эха наблюдаются:
а) с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

б) с амплитудой E⁽²⁾_m,m-1 в момент времени

в) с амплитудой E⁽³⁾_m,m-1 в момент времени

г) с амплитудой E⁽⁴⁾_m,m-1 в момент времени

д) с амплитудой E⁽⁵⁾_m,m-1 в момент времени

3. По программе на фиг. 3. сигналы эха наблюдаются:
а) с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

б) с амплитудой E⁽²⁾_m,m-1 в момент времени

в) с амплитудой E⁽³⁾_m,m-1 в момент времени

г) с амплитудой E⁽⁴⁾_m,m-1 в момент времени

д) с амплитудой E⁽⁵⁾_m,m-1 в момент времени

4. Сигнал эха по программе на фиг. 4. наблюдается с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

5. Сигналы эха наблюдаются по программе на фиг. 5.:
а) с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

б) с амплитудой E⁽²⁾_m,m-1 в момент времени

в) с амплитудой E⁽³⁾_m,m-1 в момент времени

г) с амплитудой E⁽⁴⁾_m,m-1 в момент времени

д) с амплитудой E⁽⁵⁾_m,m-1 в момент времени

6. Наблюдаются сигналы эха по программе на фиг. 6.:
а) с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

б) с амплитудой E⁽²⁾_m,m-1 в момент времени

в) с амплитудой E⁽³⁾_m,m-1 в момент времени

г) с амплитудой E⁽⁴⁾_m,m-1 в момент времени

д) с амплитудой E⁽⁵⁾_m,m-1 в момент времени

7. Сигналы эха по программе на фиг. 7 наблюдаются:
а) с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

б) с амплитудой E⁽²⁾_m,m-1 в момент времени

в) с амплитудой E⁽³⁾_m,m-1 в момент времени

г) с амплитудой E⁽⁴⁾_m,m-1 в момент времени
t = 2τ₂+τ₁;
д) с амплитудой E⁽⁵⁾_m,m-1 в момент времени

8. Сигнал эха по программе на фиг. 8 наблюдается с амплитудой E⁽¹⁾_m,m-1 в момент времени

Таким образом, в зависимости от условий возбуждения наблюдаются сдвиги (относительно местоположений сигналов типа Хапа) в местоположениях сигналов эха, которые пропорциональные Для более четкого наблюдения такого эффекта необходимо выбрать вещество (образец) со следующими параметрами:
1. Времена поперечной и продольной релаксации должны быть как можно больше, чтобы τ₁ и τ₂ можно было установить большими.

Ширина наблюдаемой линии ЯКР исследуемого вещества должна быть как можно больше.

Реализация предлагаемого изобретения проведена на ядрах ⁶³Cu в ВТСП Y₁Ba₂Cu₃O_7-d(d > 0) на частоте 31,13 МГц (T = 77 K). Ширина этой линии ЯКР равна ~200 кГц. Один канал настраивается на резонансную частоту (31,13 Мгц), другой - на частоту (31,13 ± 0,1) МГц. Программатор позволяет реализовать любую импульсную программу. При больших значениях τ₁ и τ₂ хорошо наблюдаются сдвиги (относительно сигналов типа Хана) в местоположениях сигналов эха.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет возбуждать резонансные переходы с широкими линиями ЯКР, получать дополнительную информацию о строении и структуре химических соединений, исследование которых ранее было затруднительно.

Формула изобретения

1. Способ наблюдения сигналов квадрупольного спинового эха, включающий воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра, радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾ возбуждаемого перехода, и регистрацию сигналов эха на этой частоте, отличающийся тем, что дополнительно воздействуют радиочастотными импульсами с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾ ± Δω⁽_Qⁱ⁾, где Δω⁽_Qⁱ⁾ - расстройка от резонансной частоты возбуждаемого перехода в пределах полуширины линии ЯКР.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сначала подают радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾, а затем - радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾ ± Δω⁽_Qⁱ⁾.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сначала подают радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾ ± ω⁽_Qⁱ⁾, а затем - радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что первым и последним подают радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾, а в промежутке между ними - радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾ ± Δω⁽_Qⁱ⁾.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что первым и последним подают радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной ω⁽_Qⁱ⁾ ± Δω⁽_Qⁱ⁾, а в промежутке между ними - радиочастотные импульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте ω⁽_Qⁱ⁾.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8