Радиоспектрометр ядерного магнит-ного резонанса
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВ НИЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистичвсиик
Республик
G N 24/08
Государственный комнтет
СССР по делам нзобретеннй н открытнй
Опубликовано 300381. Бюллетень 9 12
Дата опублнковаиия описания 300 381
РМ.У4K 539. 143.43 (088. 8 ) (72) Автор изобретения
О. В. Белов
"с
1 Я > " ", ." g ю j lê
Ордена Трудового Красного Знамени специальн е конструкторское бюро аналнтиЧеского приборо троеЖМ-"0Х(:-;. А
Научно-технического объединения AH СССР (7! ) Заявитель (54 ) РАДИОСПЕКТРОМЕТР ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО
РЕЗОНАНСА
Изобретение относится к радноспектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Известно устройство для измерения параметров спектров ЯМР, в котором десятикратное уменьшение времени измерения достигнуто эа счет-.подачи иа частотомер частоты, в 10 раз превышающей частоту модуляции магнитного 1@ поля, на которой осуществляется детектирование сигналов ЯМР (1).
Недостаток этого радиоспектрометра заключается в необходимости проведения дополнительных вычислений по скольку при наиболее точных исследованиях необходимо положение резонансных линий спектра ЯМР исследуемого вещества определять относительно лкнии эталонного вещества.
Недостатком этого радиоспектрометра также является ограниченный диапазон изменения разностной частоты,поскольку она отделяется от входных частот Фильтрации низкой частоты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ра-. диоспектрометр РЯ2309, содержащий магнит с датчиком. сигналов ядерного магнитного резонанса, соединенный с системой регистрации, в которую входят устройство управления и разверток, управляемый генератор и частотомер, систему стабилизации резонансных условий, в которую входит генератор частоты модуляции, а также два формирователя импульсных сигналов и триггер. В этом спектрометре также определяется положение резонансных линий относительно линии эталонного соединения и получение разностной частоты обеспечено средствами импульсной техники (2).
Недостаток известного устройства заключается в значительной продолжительности н ограниченной точности измерения положения спектральных линий исследуемого соединения относительно линии эталонного соединения (промькаленные частотомеры при дискретности измерения О, 1 Гц обладают временем счета 10 с). Частотный диапазон этого устройства ограничен,поскольку разностная частота принципиально не может быть выше частоты генератора частоты модуляции. Возможности применения этого устройства ограничены еще тем обстоятельством, что раэностная частота получается только при работе с периодическими
817857 сигналами управляемого генератора и генератора частоты модуляции.
Цель изобретения — сокращение времени или повышение точности измерейия положения резонансных линий спектров исследуемых соединений относительно линии эталонного соединения.
Поставленная цель достигается тем, что н известном радиоспектрометре, содержащем магнит с датчиком сигналов ядерного магнитного резонанса, соединенного с системой регистрации, в которую входят устройство управления и разверток, управляемый генератор и частотомер, систему стабилизации резонансных условий, в которую нходит генератор частоты модуляции, а также два формирователя импульсных сигналов и триггер, введены первый и нторой умножители частоты, две схемы совпадения, дна триггера, две схемы запрета, схема вычитания чередующихся импульсов и схема объединения импульсов. Выход управляемого генератора через первый умножитель частоты соединен с входом первого формирователя импульсных сигналов. Выход генератора частоты модуляции через нторой умножитель частоты соединен с входом второго формирователя импульсных сигналов. Три выхода первого формирователя импульсных сигналов соединены соответственно с первыми входами первой .и второй схем сонпадения, с пер.вым входом первого триггера и с первым входом схемы запрета. Три выхода второго формирователя импульсных сигналов соединены соответственно со вторыми входами первой и второй схем совпадения, с первым входом второго триггера и с первым входом второй схе мы запрета. Выходы двух схем совпадени соединены с входами третьего триггера, выход .которого соединен со вторыми входами первого и второго триггеров, выходы первого и второго триггеров соединены соответственно со вторыми входами .первой и нторой схем запрета. Выходы схем запрета соединены с входами схемы вычитания чередующихся импульсов, выходы которой соединены с входами схемы объединения им-, пульсов. Выход схемы объединения ияпульсов соединен с входом частотомера. р результате умножения н 10 раэ ча4тот управляемого генератора и генератора частоты модуляции, увеличивается в 10 раз разностная частота, которая измеряется частотомером. Таким образом, положение спектральных линий относительно линии эталонного соединения измеряется либо в 10 раз быстрее, либо в 10 раз точнее прежнего. В предлагаемом радиоспектрометре запрет совпадающих импульсов осуществляется за время действия выходных импульсов умножителей, а вычитание несовпадающих импульсов может проиэводиться сразу после окончания запрещенного импульса. Это свойство предлагаемого технического решения дает воэможность испольэовать умножители цастоты, выходные импульсы которых не обладают периодичностью, и расширяет диапазон изменения разностной частоты.
На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого радиоспектрометра; на фиг. 2 — за© висимость напряжений от времени
Радиоспектрометр ЯМР содержит магнит 1 с датчиком 2 сигналов ЯМР, систему 3 регистрации, в которую входят устройство 4 управления и разверток, 15 управляемый генератор 5 и частотомер
6, систему 7 стабилизации резонансных условий с генератором 8 частоты модуляции, первый 9 и второй 10 умножители частоты, перный 11 и нторой 12
; О формирователи импульсных сигналон, первую 13 и вторую 14 схемы совпадения, первый 15, второй 16 и третий 17 триггеры, первую 18 и вторую 19 схемы запрета, схему 20 вычитания чередующихся импульсов, схему 21 объединения импульсов.
Магнит 1 с датчиком 2 соединен с системой 3, в которую входят устройство 4, управляемый генератор 5 и частотомер 6, а также с системой 7, ЗО в которую входит генератор 8.
Выход управляемого генератора 5 через первый умножитель 9 соединен с входом первого формирователя 11, 3 выход генератора 8 соединен через
5 второй умножитель 10 с входом второго формирователя 12. Три выхода первого формирователя 11 соединены соответственно с первыми нходами первой
13 и второй 14 схем, с входом первощ ro триггера 15 и с входом первой схемы 18. Три выхода второго формирователя 12 соединены соответственно со вторыми входами первой 13 и второй
14 схем, с входом второго триггера
4 16 и с входом второй схемы 19. Выходы двух схем 13 и .14 соединены с входами третьего триггера 17, выходы которого соединены с входами первого
15 и второго 16 триггеров. Выходя первого 15 и второго 16 триггеров со5О единены соответственно со вторыми входами первой 18 и второй 19 схем.
Выходы схем 18 и 19 соединены со входами схемы 20, выходы которой соединены с входами схемы 21. Выход схемы
55 21 соединен с входом частотомера б.
Сигнал ЯМР исследуемого образца, получаемый от датчика 2,.расположен. ного в поле магнита 1, детектируется в системе 3. на частоте управляемого щ генератора 5, которая линейно изменяется напряжением развертки, поступаю-. щим от устройства 4. Сигнал ЯМР от внутреннего эталонного образца детектируется в системе 7 на частоте гене5 ратора 8.
817557
Выходное напряжение управляемого генератора 5 подается на первый ум(ножитель 9, работакщий, например, по принципу сравнения мгйовенного значения выходного напряжения управляющего генератора 5 с тремя опорными напряжениями. В результате на выходе схем сравнения в.течение каждого полупериода формируются импульсы, дли-тельность которых равна 1, 3 и 5 десятым периода входного напряжения.
После формирования коротких импульсов, совпадакщих с фронтами импульсов схем сравнения, получается 10 импульсов за период входного напряжения. Частота импульсов в 10 раз выше входной частоты, но расположение им- 15 пульсов может быть неравномерным за счет искажения формы и изменения амплитуды входного напряжения в полосе частот и задержки срабатывания схем сравнения. 20
Выходное напряжение генератора 8
° подается на второй умножитель 10,который может быть выполнен, например, как засинхронизированный генератор, частота которого в 10 раз выше час- 25 тоты генератора 8. За счет такой,синхронизации простейший умножитель также может иметь некоторую непериодичность следования импульсов °
В течение каждого импульса 22 30 (фиг. 2 ), полученного на выходе первого умножителя 9, в первом формирователе 11 получаются импульсы 23 и
24. Аналогично в течение каждого импульса 25, полученного на выходе умножителя 10, образуются импульсы
26 и 27. Импульсы 23 и 26 подаются на вход первой схемы 13, на выходе которой в случае их полного или частичного совпадения получается импульс
28, который изменяет состояние триггера 17. Импульсы 23 и 26 инвентируются на входе второй схемы 14, а на ее выходе образуется импульс 29, задний фронт которого возвращает третий триггер 17 в первоначальное сос- 45 тояние. На выходе этого триггера образуется импульс 30, одновременно изменяющий состояние первого триггера 15 и второго триггера 16. Видно, что длительность импульса 30 доста- 50 точно велика даже при коротком импульсе 28.. Таким способом уверенный запуск триггеров 15 и 16 обеспечивается независимо от их чувствительности к изменению амплитуды, формы и длительности запускающего импульса, которая проявлялась бы при непосредственном их запуске импульсом
28. Возврат первого триггера 15 в первоначальное состояние осуществляется в момент окончания импульса 22, 60 который подается на другой вход этого .триггера с выхода формирователя
11, На выходе этого триггера образуется импульс 31. Аналогично на выходе второго триггера 16 образубтся им- 65 и ульс 32. На входы первой схемы 18 подаются разрешающий импульс 22 и запрещающие импульсы 24 и 31, в результате импульс на выходе схемы 18 отсутствует. На выходе второй схем
19 импульс также отсутствует при подаче на ее входы импульсов 25, 27 и
32. Если следующие импульсы 22 и 25 разнесены во времени так, что импульсы 23 и 26 не перекрываются даже частично, то триггеры 15-17 не изменяют своего состояния, импульсы запрета 31 и 32 отсутствуют, а на выходе схем 18 и 19 формируются несовпадакщие импульсы 33 и 34. Эти импульсы подаются на входы схемы 20, которая может быть выполнена в виде реверсивного счетчика, либо одного из двух включенных последовательно триггеров, управляющих ключевыми схемами. На первом выходе схемы 20,импульсы появляются в случае, если на выходе схемы 18 импульсы идут чаще, чем на выходе схемы 19. В другом слу-. чае импульсы появляются на втором выходе схемы 20. Этот факт можно использовать для индикации знака разностной частоты. В любом случае импульсы разностной частоты через схему 21 подаются на вход частотомера 6.
В предлагаемом радиоспектрбметре положение резонансных линий спектра исследуемого вещества относительно линии внутреннего эталонного соединения (например тетраметилсилана или бензола) определяется после записи спектра при стабилизации резонансных условий по линии этого эталонного соединения путем установки пера регистрирукщего устройства 3 на каждую линию исследуемого спектра и уменьшения в 10 раз величины отсчета по частотомеру 6.
При работе радиоспектрометра свойство периодичности импульсов не использовалось, поэтому в нем можно применить наиболее простые умножители частоты. Диапазон изменения разностной частоты может быть больше, чем значение наименьшей входной частоты. Например, даже при отсутствии импульсов генератора 8 частоты модуляции (их частота равна нулю) частотомер будет отсчитывать умноженную на 10 частоту управляемого генератора 5.
Это свойство удобно использовать при работе радиоспектрометра со стабилизацией резонансных условий по внешнему эталонному образцу. Увеличение частотного диапазона достигается также тем, что операция запрета производится непосредственно в течение длительности импульса каждого умножителя без затраты дополнительного времени. Другим положительным свойством предлагаемого устройства можно считать обеспечение возможности определения положения резс
817557 нансных линий относительно линии вну треннего эталонного образца не только в единицах частоты (Гц}, но и в миллионных долях, в которых в радио-. ..сцектроскопин ЯИР принято определять такой параметр как химический сдвиг.
Для этого в схему объединения импульсов 21 можно ввести делитель частоты на число, кратное рабочей частоте радиоспектрометра, например на 9 при частоте радиоспектрометра 90 МГц.
В макете предлагаемого радноспект- 1© рометра применены микросхемы серий
К140 и К155 Микросхем К140УД1Б использованы в умножителе частоты управляемого генератора (10-20 кГц х
10). Умножитель частоты генератора IS частоты модуляции (12 кГц х 10) выполнен на 2 микросхемах К155ЛАЗ (4 логических элемента 2И-HE). Формирователи и схема объединения выполнены на таких же микросхемах. Длительнос- щ ти имйульсов 22-24 соответственно равны 1,3; 0,5 и 1 мкс. Схемы запрета выполнены на одной микросхеме
К155ЛА1 (2 элемента 4И-НЕ}. В качестве триггеров и в схеме вычитания чере-2 дующихся импульсов используются микросхемы К155ТМ2 (два RS-триггера)-.
Предлагаемый радиоспектрометр позволяет обеспечить дискретность измерения положения спектральных линий
0,1 Гц при времени счета 1с а при времени счета 10с дискретность измерения составляет 0,01 Гц. Кроме того, по сравнению с известным радиоспектрометром РЯ2309, достигнуто десятикратное сокращение времени измерения положения резонансных линий спектров исследуемых соединений относительно линии эталонного соединения или таicoe же сокращение дискретности измерения. 40
Формула изобретения
Радиоспектрометр ядерного магнит- 4 ного резонанса, содержащий магнит с датчиком сигналов ядерного магнитного резонанса, соединенного с системой регистрации, в которую входят устройство управления и разверток, управляемый генератор и частотомер, ® систему стабилизации резонансных условий, в которую входит генератор частоты модуляции, а также два формирователя импульсных сигналов и триггер, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени или повыаения точности измерения положения резонансных линий спектров исследуемых соединений относительно линии эталонного соединения, в него дополнительно введены первый и второй умножители частоты, две схемы совпаде ния, два триггера, две схемы запрета„ схема вычитания чередующихся импульсов и схема объединения импульсов, при этом выход управляемого генератора через первый умножитвль частоты соединен с входом первого формирователя импульсных сигналов, выход генератора частоты модуляции соединен через второй умножитвль частоты с входом второго формирователя импульсных сигналов, три выхода первого формнрователя импульсных сигналов соединены соответственно, с первыми входами первой и второй схем совпадения с первым входом первого триггера н с первым входом первой схемы запрета, три выхода второго.формирователя импульсных сигналов соедине ны соответственно со вторыми входами первой и второй схем совпадения, с первым входом второго триггера и с первым входом второй схвьы запрета, выходы двух схем совпадения соединены с входами третьего триггера, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго триггеров, выходы первого и второго триггеров соединены соответственно со вторыми входами первой и второй схем запрета, выходы схем запрета соединены с входами схема вычитания чередующихся импульсов, выходы которой соединены с входами схем объединения импульсов, выход схеьы объединения импульсов соединен с входом частотомера.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р 544902, кл. G 01 N 27/78, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР
9 602843, кл. G 01 N 27/78 1978 (прототип) .
817557
Составитель В.Покатилов
Редактор Ю.Ковач Техред М.Рейвес
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", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
