Импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса (его варианты)

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««974233 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 05.05. 80 (21) 2919280/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 1 9. 11 . 82. Бюллетень № 42 (ь!)м. Кп.

G 01 М 24/10

9зоударотыииый комитет

СССР ао делам иэобретеиий и открытий (53) >АК 5З8.11) (088.8) Дата опубликования описания 1 7 . 1 1 82.М1 ф, - (, ц

В. Е. Хмелинский тет, у

" ано, ! : к ни,/„, Институт кииииеской кинетики и горения Сийиорского„Снят 3 отделения АН СССР --. 1- тл, / (72) Автор изобретения (7L) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЬФ СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО

ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНЛНСЯ (,ЕГО

ВАРИАНТЫ ) 1

Изобретение относится к электронной парамагнитной спектрометрии и может быть использовано при изучении спектрального состава и времени жизни короткоживущих радикалов, возникающих при импульсном радиолизе, йотоли- зе и других импульсных способах генерации радикалов, а также для определения кинетики быстрых химических реакций, протекающих с участием парамагнитных частиц.

Известен импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, в котором на образец воздействуют сверхвысокочастотными импульсами для получения резонансного сигнала (эхо или свободной индукции) (1 J. Недостатком такого спектроме ра является сравнительно низкая чувствительность.

Наиболее близким техническим реве- нием к изобретению является импульсный спектрометр электронного пара.магнитного резонанса, содержащий программатор, соединенный с первыми входами регистрирующего прибора, генератора возбуждающих сверх ысокочастот ных импульсов и импульсного модулятора,двухчастотный резонатор с ампулой для парамагнитного образца, расположенной в магните, полосовой фильтр, вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройст" вом, выход генератора возбуждающих сверхвысокочастотных импульсов соединен с двухчастотным резонатором, выход импульсного модулятора соединен с обмоткой модуляции (2 ).

S этом спектрометре отсутствует источник СВЧ-мощности на частоте при" нимаемого полезного сигнала, и по" скольку возбуждение и прием полезного сигнала производится на разных частотах, то приемник полезного сигнала содержит на выходе амплитудный де тектор. Данное обстоятельство. явля3 97ч23 ется недостатком этого спектрометра, так как снижает его пороговую чувствительность. )(роме того, при амплитудном детектировании теряется часть полезной информации, содержащейся в фазе полезного сигнала, Целью иэобрегения является повы" шение пороговой чувствительности спектрометра и расширение г»ункциональной возможности путем получения до- 10 полнительной полезной информации, содержащейся в Фазе полезного сигнала, за счет осуществления синхронного детектирования частоты полезного сигнала. 15

Поставленная цель достигается тем что спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий программатор, соединенный с первыми выходами регистрирующего устройства, щ генератора возбуждающих СВЧ-импульсов и импульсного модулятора, двухчастотный резонатор с ампулой для парамагнитного образца, расположенной в магните, полосовой фильтр, д вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройством, первый выход генератора воэ- в буждающих СВЧ-импульсов соединен с двухчастотным резонатором, выход имПульсного модулятора соединен с обмоткой модуляции, дополнительно снабжен параметрическим преобразователем частоты с контуром накачки, холостым и выходным контурами и синхронным детектором, введенным в приемник полезного сигнала, причем контур накачки параметрического преобразователя час- тоты настроен на частоту возбуждающих импульсов и подключен к второму выходу генератора возбуждающих СВЧ-импульсов, выходной контур параметрического преоб>раэователя частоты настроен на смещенную частоту полезного сигнала и соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты приемника полезного сигнала, 50 а холостой контур параметрического преобразователя частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля.

В другом варианте исполнения спектрометра детектирование полезного сигнала производится на промежуточной частоте ) d,Í. В этом случае выходной контур параметрического преобразова- частота накачки параметрического преобразователя и частота возбуждающих импульсов;

7 0

2 >

- изменение частоты r>o"" лезного сигнала под действием импульсов модуляции поляризующего магнитного поля; КН0

1 23!

- смещенная частота полезного сигнала.

На фиг. 1 и 2 приведены блок-схема предложенного импульсного спектрометра ЗПР в двух вариантах исполненияпри синхронном детектировании сигнала на высокой частоте (фиг. 1) и на промежуточной частоте (Фиг. 2).

Импульсный спектрометр ЗПР содержит программатор 1, который генерирует серии запускающих импульсов, задающих временную последовательность и длительность работы остальных узлов спектрометра, генератор возбуждаюцих

3 4 теля частоты настроен на смещенную частоту полезного сигнала, холостой контур параметрического преобразователя частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля и соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с усилителем высокой частоты приемника полезного сигнала через смеситель и усилитель промежуточной частоты, второй вход смесителя приемника полезного сигнала соединен с вторым выходом генератора возбуждающих СВЧ-импульсов.

В данном случае параметрическим пр"образователем является регенеративный обращающий преобразователь на нижнюю боковую полосу, Особенностью такого преобразователя является его способность при подаче на него мощности накачки на частоте г генерировать

>на выходе мощность на двух других частотах .< и f> причем fр = f„+

Для получения однозначного соответствия также и между фазами этих частот необходимо соблюдение дополнительных условий, например, f0 = Wf u f = (И-1)г„, где М - целое число.

При использовании такого преобразователя в предложенном спектрометре можно принять 0 = 9500 мГц, = 100 мГц, f = 9 00 мГц. ("о >Н)

О 27Т

5 й7423

СВЧ-импульсов 2, двухчастотный резонатор 3 с ампулой 4 для парамагнитного образца, помещенной в магнитное поле

Н магнита 5, импульсный модулятор 6 с обмоткой модуляции 7, полосовой фильтр 8, пропускающий только колебания частоты полезного сигнала и эадерживааций колебания частоты возбуждающих импульсов, приемник полезного сигнала 9, параметрический преобразо- 1О ватель частоты 10 и регистрирующее устройство 11 (блок растяжки, соединенный с самописцем ). Параметрический преобразователь частоты 10 имеет три коНтура: контур накачки, настроенный на частоту возбуждающих импульсов; выходной контур, настроенный на смещенную частоту полезного сигнала, холостой контур, который настроен на частоту, пропорциональную амплитуде

- модуляции магнитного поля.

При синхронном детектировании сиг нала на высокой частоте (фиг. 1) приемник полезного сигнала 9 содержит синхронный детектор 12, соединенный с усилителем высокой частоты 13. Вто рой вход детектора 12 подключен к выходному контуру преобразователя частоты 10, контур накачки которого подключен к второму вьixopy генератора 30 возбуждающих СВЧ-импульсов 2.

При синхронном детектировании сигнала на промежуточной частоте (фиг.2) в приемнике полезного сигнала 9 синхронный.детектор 12 соединен с усилителем высокой частоты 13 через усили" тель промежуточной частоты 14 и смеситель 15, преобразующий полезный сигнал с высокой на промежуточную частоту. В такам исполнении второй вход синхронного детектора 12 подключен и к холостому контуру преобразователя частоты 10, а второй вход смесителя 15 подключен к третьему выходу генератора возбуждающих СВЧ-импульсов 2.

Спектрометр работает следующим образом.

flop действием запускающих импуль" сов, поступающих с программатора 1, генератор возбуждающих СВЧ-импульсов 2 генерирует возбуждаюций СВ4-импульс, а импульсный модулятор 6 йоля генерирует серию импульсов, необходимых для получения полезного сигнала (спинового эха или свободной прецессии) ° СВЧ-импульс от генератора воэбуждаюцих СВЧ-импульсов 2 должен перекрывать по времени серию от импульсного модулятора 6, а амплитуда импульсов модуляции поля ьН о должна быть такова, чтобы на вершине импульсов модуляции соблюдалось условие резонанса, т.е. шв = 27rfo = у (Но+ьН ), где Fg — частота СВЧ возбуждающих импульсов. Полезный сигнал на частоте НО возбуждает вторую моду двухчастотного резонатора 3, настроенную на частоту "Н, откуда через полосовой фильтр 8 поступает на вход усилителя высокой частоты 13, а оттуда на сигнальный вход синхронного детектора 12 (фиг. 1). На второй вход синхронного детектора в качестве опорного поступает напряжение с выходного контура параметрического преобразователя частоты 10 на частоте гН, Продетектированный полезный сигнал с выхода синхронного детектора растягивается по времени в блоке растяжки 11 с помощью стробимпульса от программатора 1.

Напряжение с выхода холостого контура преобразователя частоты в этом слу" чае не используется.

При детектировании сигнала на промежуточной частоте импульсный спектро" метр работает точно также (Лиг.2 ).

Только после усилителя высокой частоты 13 сигнал поступает на смеситель 15, на второй вход которого в качестве напряжения гетеродина подается напряжение с выхода генератора возбуждающих СБЧ-импульсов 2. Напряжение с выхода смесителя на частоте с Но усиливается в усилителе промежуточной частоты 14, после чего детектируется в синхронном детекторе 12, в качестве опорного на второй вход которого подано напряжение с холостого контура параметрического преобразователя частоты 10 на частоте йНо. После растяжки по времени в блоке 11 сигнал поступает на самописец.

Введение в импульсный спектрометр

ЭПР параметрического преобразователя частоты с целью осуществления синхронного детектирования полезного сигнала одновременно позволяет решить проблему подстройки частоты второй моды копебаний резонатора. Для этого можно использовать выходное напряжение параметрического преобразователя частоты на частоте -Н, подавая его на двухчастотный резонатор, сравнивая подающую и отраженную волны известными способами и используя полученный результат для подстройки частоты двухчастотного резонатора.

974233 формула изобретения

1. Импульсный спектрометp электронного парамагнитного резонанса, содержащий программатор, соединенный с первыми входами регистрирующего устройства, генератора возбу>кдающих

СВЧ-импульсов и импульсного модулятора, двухчастотный резонатор с ампулой для парамагнитного образца, рас" положенной в магните, полосовой фильтр, вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройством, первый выход генератора возбуждаюцих СВЧ-импульсов соединен с двухчастотным резонатором, выход импульсного модулятора соединен с обмоткой модуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения пороговой чувствительности и расширения функциональных возможностей за счет получения дополнительной информации, он дополнительно снаб><ен параметрическим 5 преобразователем частоты с контуром накачки, холостым и выходным контурами и синхронным детектором, введенным в приемник полезного сигнала, причем контур накачки параметрического M преобразователя частоты настроен на частоту возбуждающих импульсов и поцключен к второму выходу генератора возбуждаюцих СВЧ-импульсов, выходной контур параметрического преобразователя частоты настроен на смещенную !

<астоту полезного сигнала и соединен c первым входом синхронного детекторй,. второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты при- !<> емника полезного сигнала, а холостой контур параметрического преобразова" теля частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля. 45

2. Импульсный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий программатор, соединенный с первыми входами регистрирующего прибора, генератора возбуждающих СВЧ-импульсов и импульсного модулятора, двухчастотный резонатор с ампулой для парамагнитного образца, расположенной в магните, полосовой фильтр, вход которого соединен с двухчастотным резонатором, а выход - с приемником полезного сигнала, выход которого соединен с регистрирующим устройством, первый выход генератора возбуждающих

СВЧ-импульсов соединен с двухчастотным резонатором, выход импульсного модулятора соединены с обмоткой модуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения пороговой чувствительности и расширения функциональных возмок<ностей эа счет получения дополнительной информации, он дополнительно снабжен параметрическим преобразователем частоты с контуром накачки и холостым и выходным контурами и синхронным детектором, введенным в приемник полезного сигнала, причем контур накачки параметрического преобразователя частоты настроен на часто« ту возбуждающих импульсов и подключен ко второму выходу генератора возбуждающих СВЧ-импульсов, выходной контур параметрического преобразователя частоты настроен на смец енную частоту полезного сигнала, холостой контур параметрического преобразователя частоты настроен на частоту, пропорциональную амплитуде модуляции магнитного поля и соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с усилителем высокой частоты приемника полезного сиг нала через смеситель и усилитель проме>куточной частоты, второй вход смесителя приемника полезного сигнала соединен со вторым выходом генератора возбуждаюцих СВЧ-импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Каплан и др. Импульсный ЭПРспектрометр трехсан1иметрового диапазона. - Приборы для научных исследований, T.32, 1961, с. 13-19.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 408202, кл. 5 01 N 27/78, 1974 (прототип ).

974233

Составитель В. Покатилов

Редактор Г. Гербер Техред Е.Харитончик Корректор Н. Б уряк

Заказ 5635/60 Тираж 867 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)0) д Москва Н-)5 Раушская наб. л. 4Д филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4