Спектрометр электронного парамагнитного резонанса

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и>935760

Союз Советски к

Социалистическик

Республик.(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22. 10. 80 (21) 2995355/18-25 с присоединением заявки РЙ (23) ПрноритетОпубликовано .15.0б.82. Бюллетень. Ле 22

Дата опубликования .описания 15 . 06. 82 (51)М. Кл.

G 01 М 24/10 твеудлрстевнвые каетет

СССР ае аелею изебретеннк в вткрмтвЯ (53).УДК 538.69. .083.2(088.8) (72) Авторы изобретения

И.И.Приступа и Г.P.Tðóáíèêîa (71) Заявитель

Ордена Ленина институт химической физики

AH СССР (54) СПЕКТРОИЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАИАГНИТНОГО

РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к радиоспектроскопии, в частности к спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Известны спектрометры. ЭПР для реФ гистрации сигналов магнитного резонанса короткоживущих парамагнитных частиц, содержащие генератор колебаний с системой автоматической подстройки частоты (АПЧ), помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний и системой регистрации сигналов ЭПР, включающей синхронный усилитель, приемный детектор и генератор модуля- ции, источник излучения для возбуждения образца (1).

В таких спектрометрах сигнал ЭПР регистрируется приемным детектором по изменению отраженной от рабочего резонатора мощности сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения генератора, вызванному поглощением СВЧ излучения образцом в момент резонанса, при этом на регистрацию сигналов ЭПР короткоживущих парамагнитных частиц накла- . дываются ограничения, связанные с характеристическими временами затухания рабочего резонатора и системы АПЧ, быстродействием системы регистрации.

Известен также спектрометр, в котором сигнал магнитного резонанса детектируется по изменению параметра образца, кинетически связанного с выходом реакции, в которой участвуют короткоживущие парамагнитные частицы.

Спектрометр содержит генератор колебаний, помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний и системой регистрации сигналов, включающей синхронный усилитель, фотоприемник и l8 нератор модуляции, связанный с генератором колебаний, магнитом и источником излучения для возбуждения образца, держатель для образца, расположенный внутри рабочего резонатора. В этом спектрометре сигнал магнитного резо9357

S5 нанса регистрируется на частоте модуляции мощности рабочего генератора только от люминесцирующих оптически прозрачных образцов по изменению s момент резонанса такого параметра образца, связанного с реакцией, как интенсивность люминесценции f2(, Однако известный спектрометр ЭПР не позволяет регистрировать сигналы

ЭПР участвующих в реакции короткожи- 1о . вущих парамагнитных частиц в образцах, которые оптически не прозрачны и не люминесцируют.

Целью изобретения является повышение чувствительности спектрометра при 15, исследовании парамагнитных частиц .в оптически непрозрачных, нелюминесцирующих образцах.

Поставленная цель достигается тем, что B спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий генератор колебаний, помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний, и системой регистрации сигналов,включающей последовательно соединенные синхронный усилитель и генератор модуляции, связанный с генератором колебаний, магнитом и источником излучения. для возбуждения образца, держатель образца, расположенный внутри рабочего резонатора, дополнительно введены перестраиваемый акустический резонатор и акустический датчик, при" чем рабочий резонатор, перестраива35 емый акустический резонатор и акустический датчик связаны между собой акустически, а акустический датчик соединен с синхронным усилителем системы регистрации сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема спектрометра с использованием полого цилиндрического рабочего резонатора с видом колебаний Нп1,< и жидким образцом, помещенным в цилинд45 рическую ампулу; на фиг, 2 — спектр магнитного резонанса возбужденных короткоживущих парамагнитных частиц, образующихся при возбуждении суспензии липосомы.

Спектрометр содержит рабочий резонатор 1 с держателем 2 для образца, например ампула с жидким образцом 3, перестраиваемый акустический резонатор 4 и акустический датчик 5, соединенные механически и связанные акустически с рабочим резонатором

1 через отверстие в поперечном сече-, 60 4

«нии держателя 2 для образца, синхронный усилитель 6 системы регистрации сигналов, соединенный с акустическим датчиком 5, генератор модуляции

7, источник 8 излучения для возбуждения образца, управляемый генератором модуляции 7, генератор колебаний 9, соединенный с рабочим резонатором 1 и магнит 10.

Спектрометр работает следующим образом.

Рабочий резонатор 1 с исследуемым образцом настраивают на частоту ге.нератора колебаний 9.

Развертку магнитного поля осуществляют обычными способами. С помощью генератора. модуляции 7, который управляет источником 8 излучения, ус. танавливают заданные частоту повторения и длительность импульсов излучения источника 8, необходимых для возбуждения образца, перестраиваемый акустический резонатор 4 настраивают на частоту повторения импульсов излучения источника 8. Акустический датчик 5 работает в диапазоне этих частот. Излучение (свет, быстрые электроны, гамма-излучение) возбуждает образец. При поглощении образцом излучения источника 8 молекулы в образце переходят в возбужденное состояние.

Когда образец не люминесцирует, возбужденные парамагнитные частицы отдают свою энергию в результате безызлучательных переходов, следовательно, эта энергия переходит в тепло, вызывая нагрев образца, при этом происходит изменение его объема. Если интенсивность излучения источника

8 не превышает величины, при которой поглощающие это излучение переходы в образце насыщаются, то для заданной частоты повторения импульсов излучения источника 8 в образце возникают с этой частотой изменения его объема и давления, т.е. в образце возбуждаются акустические колебания.

Регистрация сигналов магнитного резонанса осуществляется акустическим датчиком по изменению в момент резонанса интенсивности акустических ко-< лебаний, возникающих на границе между образцом и внешней, по отношению к образцу, средой при импульсном возбуждении образца. Преобразование тепловой энергии в акустическую при оптическом возбуждении образцов исполь9357

Формула изобретения зуется в оптоакустической спектроскопии для определения коэффициентов on" тического поглощения различных материалов.

Величину мощности генератора колебаний 9 берут такой, чтобы не происходило насыщение зеемановских уровней парамагнитных частиц, тогда изменения интенсивности акустических колебаний пропорциональны величине, пог-10 лощенной парамагнитными частицами, в момент резонанса СВЧ мощности генератора колебаний 9 и, следовательно, эти изменения соответствуют сигналу магнитного резонанса. 15

Для уменьшения влияния виброшумов на сигнал магнитного резонанса корпус полого рабочего резонатора 1 выполнен массивным и имеет внешнюю форму, предотвращающую изменение его 20 геометрических размеров на частоте модуляции источника 8 излучения.

Быстродействие предлагаемого спектрометра определяется скоростью передачи поглощенной переходами энер- 2$ гии в тепло и скоростью распространения акустических колебаний в образце

:и внешней по отношению к образцу среде.

Чувствительность спектрометра определяется в основном чувствительностью акустического датчика. Предельная чувствительность "пектрометра of раничена шумовыми акустическими колебаниями, вызываемыми тепловыми Флуктуа.циями.

Для повышения чувствительности спектрометра используют известные методы и технику стробирования и усреднения сигналов магнитного резонатора.

Использование новых элементов— акустического резонатора и акустического датчика, которыми оснащен рабочий резонатор, выгодно отличает предлагаемый спектрометр от известного и позволяет регистрировать как сигналы магнитного резонанса короткоживущих

60 6 парамагнитных частиц флуоресцирующих образцов, так и от нефлуоресцирующих оптически непрозрачных образцов, расширяя функциональные возможности спектрометра.

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий генератор колебаний, помещенный между полюсами магнита рабочий резонатор, соединенный с генератором колебаний и системой регистрации сигналов, включающей последовательно соединенные синхронный усилитель,и генератор модуляции, связанный с генератором колебаний, магнитом и источником излу" чения для возбуждения образца, дер.жатель образца, расположенный внутри рабочего резонатора, о т л и ч а ю " шийся тем, что, с целью повышения чувствительности спектрометра при исследовании парамагнитных частиц в оптически непрозрачных, нелюминесцирующих образцах, в него дополнительно введены перестраиваемый акустический резонатор и акустический датчик, причем рабочий резонатор, перестраиваемый акустический резонатор и акустический датчик связаны между собой акустически, а акустический датчик соединен с синхронным усилителем системы регистрации сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пул Ч. Техника ЭПР-спектроскопии. M., "Иир", 1970, с. 320.

2. Франкевич Е.Л., Лесин В.Н., Приступа А.И. Магнитный резонанс короткоживущих промежуточных комплексов реакции гашения триплетных экситонов радикалами. МЭТФ, 1978, т. 75, вып.2 (8) с. 415 (прототип).

93516 о ог. 2

Составитель В.Крутских

Редактор N.Петрова Техред Т. Маточка Корректор М.Демчик

Заказ 4196/42 Тираж 887 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