Импульсный спектрометр ямр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ Il)817556

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Сацналистичвслни

Ресеублнк (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 070579 (23) 2767229/18-25 (5 )М КЛ.

G 0j N 24/08 с присоединением заявки Йо

ГоеуяярствемныА комитет

СССР яо давки нзобретеннА м открытмА (23) Приоритет (53) УДК 539.143..43(088.8) Опубликовано 3003.81. Бюллетень Йо 12

Дата опубликования описания 3003.81 (72) Авторы изобретения

И.Г.Гринман, Л.В.Оленина, Л.П.Ни, Б.Б.Орда и Б.М.Мазур (71) Заявитель

Институт металлургии и обогащения AH Казах (5 4 ) ИМПуЛБСНцЯ CIIEKTPOMETP ЯМР

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано для анализа содержания веществ, методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен импульсный спектрометр

ЯМР для анализа веществ, включающий излучатель магнитных импульсов, приемник сигналов, испускаемых образцом, помещенным в датчик, вычислительное устройство для обработки этих сигналов, причем вход и выход приемника сигналов заземлены с помощью электронных ключей (1).

Однако этот спектрометр имеет пог- 15 решности случайного характера, что снижает точность ЯМР измерений °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импульсный спектрометр ЯМР, содержащий 20 передатчик радиоимпульсов, подсоединенный к датчику и блоку задержки, приемник, вход которого подсоединен к выходу датчика, а выход — к усилителю, блок линейного пропускателя, входы которого подсоединены к выходам усипителя и блока управления, вход которого подсоединен К выходу блока,за- . цержки, интегрирующее звено И вычислительный комплекс, состоящий из блоков ЗО перемены знака, суммирования, умножения и деления (2) .

Интегрирующее звено в данном спектрометре усредняет измеряемые амплитуды сигналов при многократном повторении импульсов, тем саьым исключая частично случайные помехи, причем при увеличении времени анализа эти помехи могут; быть устранены полностью.

Однако систематическая погрешность не может быть исключена полностью при анализе с помощью, этого спектрометра, так как учет этой погрешности производится использованием среднего значения поправочного коэффициента, на которой умножается измеряемая амплитуда, определяемого экспериментально и учитывающего влияние времени релаксации,, зависящего от многих параметров (температуры, концентраций, вязкости и т.д). Поэтому точность такого спектрометра невысока. .Цель изобретения — повышение точйости измерений.

Поставленная цель достигается тем, что известный спектрометр ЯМР, содержащий передатчик радиоимпульсов, подсоединенный к датчику и блоку задержки, приемник, вход которого подсоединен к выходу датчика, а вы817556 ход — к усилителю, блок линейного пропускателя, входы которого подсоединены к выходам усилителя и блока управления, вход которого подсоединен. к выходу блока задержки, интегрирующее звено и вычислительный комп лекс, состоящий.из блоков перемены знака, суммирования, умножения и деления, дополнительно снабжен вторым интегрирующим звеном и блоком возведения в квадрат, второе интегрирующее 1 звено соединено последовательно .с первым, причем выход первого звена через блок умножения, а выход второго звена через блок перемены знака Подсоединены .ко входам блока суммирова-. ния выход блока суммирования подсое- . 15 динен к одному иэ входов блока деления, ко второму входу которого через блок возведения в квадрат подсоединен выход первого интегрирующего звена. 20

Для исключения высокочастотных помех, накладывающихся на полезный низкочастотный сигнал, применяется интегрирование, осуществляемое с помощью интегрирующего звена, при этом 25 амплитуды сигналов уменьшаются пропорционально частотам, в результате чего увеличивается отношение сигнал/ шум.

В спектрометре интегрирующее звено интегрирует сигнал индукции экспоненциальной формы, выходной сигнал которого становится зависимым от показателя экспонанта (времени поперечнюй релаксации), определяющего систематическую погрешность.

Исключение показателя экспоненты в выходном сигнале первого интегри-. рующего звена предлагаемого спектрометра осуществляется использованием 4О дополнительного второго интегрирующего звена, подключенного последовательно к первому. Таким образом, путем . двойного интегрирования с помощью двух последовательно соединенных интегрирующих звеньев исключаются погрешности случайного и систематического происхождения, чем повышается точность HNP измерений.

Передатчик. Радиоимпульсов импульс-i ного спектрометра ЯИР вырабатывает последовательно 90 - импульсов,воз.о бу ающих спиновую систему образца, по ещенного в датчик. После возбужде ия спиновая система образца наводит в катушке датчика сигнал спада сво- 55 бодной индукции, текущую амплитуду которого можно записать следующим ,выражением

i(e)=a en +a, (1) где a — начальная амплитуда сигна- dO о ла, пропорциональная коли,честву магнитных ядер в образце;

Т вЂ” поперечное время релаксации; 65 — время задержки при -измерении текущей амплитуды 1.(t);

S — функция, описывающая высокочастотные шумы и обусловливающая .случайные погрешности измерений.

Действительно после первого инте рирования, осуществляемого первым и тегрирующим звеном получаем следующ выражение

a„(e)=Jidt =) (а„е I +5)dt=ja е сц,+

5de =ц„т()-g". ) принимая во внимание, что ) 5Й1 0.

Время интегрирования ойределяется промежутком времени между импульсами, т.е. периодом следования им- . пульсов, вырабатываемых передатчиком радиоимпульсов. Причем > 4Т, (3) чем обеспечивается установление нулевой намагниченности к моменту подачи последующего импульса. Поэтому эа время интегрирования о, удовлетворяющее соотношению (3),выражение (2) примет вид д . = а„т, (4) так .как е «1.

После второго последовательного интегрирования, осуществляемого вторым интегирующим звеном, соединенным последовательно с первЫм получаем следующее выражение g(<) =fil<(+Nt=Ха„т(-е ))а = о о

= о Г-аот (1+Е )

Принимая во внимание соотношение (3) выражение (5) принимает вид

Э (Ф) = аоТ G — аоТ, (6) при е - < 1.

Подставляя Т = — иэ выражения, i3$

Ф ао (4) в уравнение (6) получим следующую формулу для начальной амплитуды сигнала

Д ао = д-. — д ()

1 Я.

Предлагаемое устройство, снабжен-. ное вторым интегрирующим блоком, позволяет измерить сигналы Э+ и J и произвести вычисления согласно формуле (7) величины а, пропорциональной концентрации вещества с высокой точностью. Это видно из формулы (7), в которой отсутствуют величины, характеризуемые погрешности случайного н систематического происхождения.

Вычисления по формуле (7) проводят. ся вычислительным комплексом, в качестве которого может служить элект817556 ронная вычислительная машина типа

Мир-2.

На чертеже изображена схематически схема импульсного спектрометра

ЯРМ.

Спектромет ЯМР содержит передатчик

1 радиоимпульсов, выход которого соединен со входом датчика 2, который связан со входом приемника 3, выход . последнего через усилитель 4 соединен со входом блока 5 линейного пропускателя. Вход блока 5 подключен к выходу блока 6 управления, который через блок 7 задержки подсоединен к выходу передатчика 1. Выход блока 5 подключен к последовательно соединен4 ным интегрирующим звеньям 8 и 9. Вы- 1$ ходы интегрирующего звена 8 подсоединены ко входам блока 10 умножения и блока 11 возведения в квадрат, а выход интегрирующего звена 9 — ко входу блока 12 перемены знака, выход Щ последнего и блока 10 соединены с блоком 13 суммирования, выход которого соединен со входом блока 14 деления, подсоединенного через блок 11 возведения в квадрат ко входу блока

10.

Импульсный спектрометр работает следующим образом.

Передатчик 1 радиоимпульсов вырабатывает последовательность 90 импульсов с частотой повторения, поступающую на датчик 2. Каждый 90 импульс возбуждает спиновую систему образца, помещенного в датчик. 90 о импульс и наведенный в катушке датчика сигнал индукции поступает на вход приемника 3, в котором сигналы предварительно усиливаются, детекти-. руются и поступают в блок основного усилителя 4 сигналов

Усиленные сигналы поступают на 4Q вход блока 5 линейного пропускателя, задерживающего 90 — импульс и пропускающего только полезный сигнал и шумы в течение интервала времени, формируемого импУльсами блока 6 Уп- 45 равления, длительность, которых меньme промежутка между импульсами на величину, формируемой импульсации блока 7 задержки, обеспечивающего не . пропускание удлиненного из-за переходных процессов 90 — радиоймпульса. 5О

После блока 5, полученный сигнал индукции в виде затухающей экспоненты и высокочастотные шуьы подаются на вход первого интегрирующего усилителя 8, дающего на выходе сигнал, величина которого определяется выражением (4). При интегрировании увеличивается отношение сигнал/шум (S О). Выходной сигнал, пропорциональный начальной амплитуде и показа- ЬО телю затухающей экспоненты с исключенной функцией S поступает на вход второго интегрирующего звена 9, соединенного последовательно с первым, выходной сигнал которого выражается 65 уравнением (6), является интегралом от величины 7(и зависит от начальной амплитуды сигнала, показателя затухающей экспоненты и времени интегрирования t„ равного периоду работы передатчика.

С выходом интегрирующих звеньев

8 и 9 сигналы 3 и 3 подаются на вход вычислительного комплекса.

С выхода первого интегрирующегб з вена, выходной сигнал через блок

10 умножения на величину Г и выходной сигнал 3 с выхода второго интегрирующего звена.9 через блок 12. перемены знака поступают на.блок 13. суммирования, откуда выходной сигнал, пропорциональный величине

Э с — 3„, поступает на блок 14 деления на зту величину значения д, у полученного в блоке .11 возведения в квадрат, куда поступает сигнал .1 с выхода первого интегрирующего звена 8. С выхода блока 14 сигнал, пропорциональный начальной амплитуде сигнала индукции а „ без помех случайного и систематического происхождения попадает на регистратор (цифровой вольтметр или печатающее устройство).

Предлагаемый спектрометр повышает точность измерений и снижает нх себестоимость.

Формула изобретения

Импульсный спектрометр ЯМР, содержащий передатчик радиоимпульсов, подсоединенный к датчику .и блоку задержки, приемник, вход которого подсоединен к выходу датчика а выход— к усилителю, блок линейного пропускателя, входы которого подсоединены к выходам усилителя и блока управления, вход которого подсоединен к выходу блока задержки, интегрирующее звено и вычислительный комплекс, состоящий из блоков перемены звена,суммирования, умножения и деления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно снабжен вторым интегрирующим звеном и блоком возведения в квадрат, второе интегрирующее звено соединено последовательно с первым, причем выход первого звена через блок умножения, а выход второго звена через блок перемены знака подсоединены ко входам, блока суюеирования, выход блока суммирования подсоединен к одному из входов блока деления, ко второму входу которого через блок возведения в квадрат подсоединен выход первого интегрирующего звена.

817556

Составитель В.Филиппов (Редактор Ю. Ковач Техред Т. Маточка Корректор М.Шароши

Заказ 1321/57 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Патент Франции 9 2350599 хл. 6 01 N 27/78, опублик.

36.01.78.

2. Чап Putte К. and Van der Enden.

Pu.ls ЙМВ asa guick method for the

determination of the soiid fat con,yent in partiaIIy crystaIIized fats

У.Sci. апайrum, (Jof Phus Е.) 1973, 9 б, р. 910-912 (прототип).