DE1172878B

DE1172878B - Geraet zum Nachweis von Atomen durch Messung der Kernresonanz

Info

Publication number: DE1172878B
Application number: DEC17284A
Authority: DE
Inventors: Anatole Abragam; Jean Combrisson; Ionel Solomon
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1957-08-01
Filing date: 1958-07-31
Publication date: 1964-06-25
Also published as: NL105362C; FR1180455A; LU36282A1; BE569582A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES -ißraW PATENTAMT Internat. Kl.: G Ol η

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 421-3/09

1 172 878
C 17284 IXb/421
31. Juli 1958
25.Juni 1964

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum qualitativen, gegebenenfalls quantitativen Nachweis von Atomen in Flüssigkeiten oder Gasen durch Messung der für die Atome charakteristischen Kernresonanz mittels eines magnetischen Gleichfeldes und eines Höchstfrequenzfeldes. Mit derartigen Geräten, die an sich bekannt sind, läßt sich das Vorhandensein einer großen Anzahl unterschiedlicher chemischer Elemente nachweisen, die sich in Form eines oder mehrerer Isotope in der gleichen Probe befinden. Mit einem solchen Gerät kann auch die Entwicklung während einer chemischen Reaktion, beispielsweise aber auch während der Aufspaltung von Wasserstoffmolekülen zu Atomen verfolgt werden.

Bekanntlich besitzen die Atomkerne neben ihrer Masse und ihrer Ladung einen Drehimpuls (Spin) und ein magnetisches Moment. Das Verhältnis des magnetischen Momentes zum Drehimpuls wird als gyromagnetisches Verhältnis γ bezeichnet:

7 =

magnetisches Moment
Drehimpulse

Ähnliches gilt auch für die Elektronen eines Atoms, und man unterscheidet zwischen dem gyromagnetischen Verhältnis der Kerne γ ν und dem gyromagnetischen Verhältnis der Elektronen γε. Solche Kerne, bei denen das gyromagnetische Verhältnis γ ν von Null verschieden ist, führen, wenn sie in ein magnetisches Gleichfeld H₀ mit der Feldstärke H₀ gebracht werden, eine Präzessionsbewegung ähnlich der eines Gyroskops im Schwerefeld aus. Die Frequenz/V dieser Präzessionsbewegung, die Larmor-Frequenz, errechnet sich aus der klassischen Formel

γ ν

.Ik.

2 π

(1)

Das magnetische Moment der Kerne ist zudem bestrebt, sich in Richtung der Kraftlinien des Feldes A₀ einzustellen. Diese Ausrichtung kann sich jedoch infolge vorhandener Dämpfungskräfte nur allmählich vollziehen und gehorcht dabei im wesentlichen einer

e-Funktion mit dem Exponenten -^, wobei t die laufende Zeit und T die Relaxationszeit ist, eine Konstante, die von dem jeweiligen Atom und dessen Umgebung abhängt und ein Maß dafür bildet, mit welcher Geschwindigkeit ein Atom von seiner Umgebung thermische Energie aufnehmen bzw. an sie abgeben kann.

Gerät zum Nachweis von Atomen
durch Messung der Kernresonanz

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dr. phil. W. P. Radt, Patentanwalt,

Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Als Erfinder benannt:
Anatole Abragam, Cif-sur-Yvette,
Jean Combrisson, Montgeron,
Ionel Solomon,
Chatillon-sous-Bagneux (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 1. August 1957

Wenn man dem magnetischen Gleichfeld H₀ ein rechtwinklig dazu orientiertes magnetisches Wechselfeld H₁ mit der Frequenz Z₁ überlagert, so wird von den Kernen, die diesen beiden Feldern ausgesetzt sind, für den Fall, daß Z₁ = Fn (magnetische Kernresonanz) ist, Energie absorbiert (bzw. emittiert); diese Energieabsorption (oder -emission) ist eine Folge der Umklappbewegung der Spins aus einer zum Feld H₀ parallelen Lage in eine zu diesem antiparallele Lage (oder umgekehrt), die von dem magnetischen Wechselfeld H₁ ausgelöst wird. Die beiden entgegengesetzten Lagen entsprechen zwei magnetischen Niveaus der Spins, die sich durch eine Energiedifferenz dE voneinander unterscheiden, die gerade gleich HFn ist und worin h dem Planck'schen Wirkungsquantum entspricht.

Durch Messung der Frequenz Fn für die magnetische Kernresonanz der Kerne, die sich innerhalb eines von einem magnetischen Wechselfeld geeigneter Frequenz überlagerten Gleichfeldes befinden, kann man also, wenn H₀ bekannt ist, yjy nach der Formel (1) ermitteln. Mit Hilfe bekannter Tabellen, in denen die Zuordnung der γ-Werte zu den entsprechenden Atomen angegeben ist, kann man dann

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unmittelbar auf die Natur der in der untersuchten Probe vorhandenen Atome schließen. Mit einem Gerät zur Messung der Frequenz der magnetischen Kernresonanz können folglich fortlaufend, selbst während der Reaktion, Analysen von Stoffen durchgeführt und der Ablauf der Reaktion verfolgt werden, ohne daß die Stoffe selbst dabei zerstört würden.

Die Wahrscheinlichkeit, mit der die Spins sich parallel zu dem konstanten Feld If₀ ausrichten, ist gegeben durch die Formel

IcT

(2)

worin bedeutet:

Z₁ = Frequenz des Wechselfeldes,
N₀ = Gesamtzahl der in der Probe enthaltenen Spins, h = Plancksches Wirkungsquantum,
k = Boltzmannsche Konstante,
T = Temperatur (⁰K),

dN = Differenz zwischen der Anzahl der H₀ parallelen und der zu H₀ antiparallelen Spins.

Da man weiß, daß die Amplitude des Resonanzsignals mit dN, d. h. der Anzahl der Spins, die bei Resonanz umklappen können, ansteigt, zeigt diese Formel, daß man auf Grund der Tatsache, daß dN proportional der insgesamt in der Probe enthaltenen Spinzahl N₀ ist, d. h. der Zahl der Atomkerne des gesuchten Elementes in der Probe, quantitative Analysen durchführen kann.

Aus der Formel geht weiter hervor, daß die Empfindlichkeit des Gerätes außer mit dN auch mit der Frequenz Z₁ des Feldes H₀ wächst, die nach der Formel (1) der Frequenz J₁ proportional ist. Durch Beeinflussung dieser Werte ist es also möglich, die Empfindlichkeit des Meßgerätes zu steigern, was von besonderem Interesse ist, wenn Kerne, wie das etwa bei weniger reichlich verfügbaren Isotopen, seltenen Stoffen, Gas usw. der Fall ist, nur relativ vereinzelt in der Probe enthalten sind, ebenso wie bei Proben kleinerer Abmessung, auf deren Verwendung man sich beschränken muß, wenn für die Untersuchung nur ein Feld zur Verfugung steht, dessen Verlauf von dem eines idealen homogenen Feldes mehr oder weniger stark abweicht.

Eine obere Grenze für die Empfindlichkeit des Gerätes ergibt sich daraus, daß die Feldstärke der durch Elektromagnete erzeugbaren Felder praktisch nur bis zu einem Maximalwert von etwa 10000 Gauß gesteigert werden kann. Daraus folgt, daß die Frequenz Fn unter optimalen Bedingungen bei einer Größenordnung von einigen Megahertz liegt.

Zur Steigerung der Empfindlichkeit hat man unter anderem bereits vorgeschlagen, der Flüssigkeit, die die Atomkerne enthält, deren magnetische Kernresonanz man bestimmen will, einen paramagnetischen Stoff zuzusetzen (und nennt eine solche Flüssigkeit dann »gedopt«). In diesem letzteren Falle entspricht der Relaxationsmechanismus der in dieser Flüssigkeit enthaltenen Kerne der Wechselwirkung der gelösten paramagnetischen Verunreinigung mit den Kernspins der Kerne.

Zur Verwertung dieses Effektes muß man die Elektronenresonanzlinie (Resonanz der Elektronenspins) erregen, indem man ein starkes magnetisches Wechselfeld mit der Elektronenresonanzfrequenz Fe (und nicht mehr mit der Kernresonanzfrequenz
verwendet.

Dabei wird die Polarisation der Kernspins gemäß der Beziehung

Fe

r = a - ■ = a
F

gesteigert. Darin bedeutet:

Fe = die Resonanzfrequenz der Elektronen in dem Feld S₀,

Fn = die Resonanzfrequenz der Kerne in dem

gleichen Feld H₀,

a = einen Koeffizienten, der von der Relaxation, dem Grad der Elektronenresonanz und einer eventuell vorhandenen Hyperfeinstruktur der Elektronenresonanzlinie abhängt,

Yn = das gyromagnetische Verhältnis des betrachteten Atomkernes (beim Proton ist yn — γρ = 26752 ± 2 sec-¹ Gauß-¹),

Ye = das gyromagnetische Verhältnis des Elektrons, wobei ye ^ 666 γρ.

Der größte für den Koeffizienten α theoretisch erreichbare Wert ist 1. Ein in der Praxis häufig auftretender Wert ist a = V₆, bedingt durch den Einfluß der Hyperfeinstruktur mit einem Drittel und der Dipol-Dipol-Wechselwirkung mit der Hälfte. Die Polarisation der Kernspins wird damit bei Protonen wegen γ ε ^ 666 γ ρ nach (3) um den Faktor r =110 gesteigert, während man bei anderen Kernen als

Protonen wegen eines größeren Verhältnisses von --^B-

zu noch wesentlich größeren Werten für den Faktor r gelangt. Wegen der aus den oben dargelegten Gründen mit einer hohen Empfindlichkeit verbundenen Vorteile ist man bestrebt, entsprechend der Beziehung (3) mit möglichst starken Magnetfeldern zu arbeiten, so daß es erforderlich ist, für die Erzeugung der Elektronenresonanz Höchstfrequenzen zu verwenden, die, in Megahertz gemessen, etwa das 2,8- bis 3fache des Betrages für die Feldstärke H₀ in Gauß ausmachen, während man sich für die Erregung der Kernresonanz im Bereich der Meterwellen (Hochfrequenz) bewegt. Diese Verhältnisse führen dazu, für die Einwirkung des magnetischen Höchstfrequenzfeldes auf die Probe einen Hohlraumresonator zu verwenden und für die Messung der Kernresonanz eine Sonde in Form einer kleinen Spule vorzusehen.

Dafür sind bisher zwei experimentelle Lösungsarten in Betracht gezogen worden:

Nach einer ersten Ausführung wird die Sonde im Gebiet eines Schwingungsbauches des Höchstfrequenzmagnetfeldes innerhalb des Hohlraumresonators angeordnet, womit man jedoch einen relativ kleinen Gütefaktor in Kauf nehmen muß; außerdem bildet die im Hohlraumresonator befindliche Sonde eine teilweise Abschirmung für das Höchstfrequenzfeld. Die Intensitätsschwächung des Höchstfrequenzfeldes muß daher durch einen leistungsfähigeren Höchstfrequenzgenerator kompensiert werden. Ein weiterer Nachteil einer solchen Anordnung ist, daß wegen der dadurch bedingten Ausbildung der Sonde die Stärke des Kernresonanzsignals verringert wird.

Die zweite Lösung besteht darin, die Sonde außerhalb des Hohlraumresonators anzuordnen und diesen Hohlraumresonator für die Höchstfrequenzen leitend und für die Hochfrequenz durchlässig auszubilden. Eine solche Forderung läßt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, daß man den Hohlraumresonator aus einem Dielektrikum aufbaut, das in einer Dicke von

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einigen Mikron versilbert ist. Der Gütefaktor eines Der Wert für die Feldstärke H₀ wird aus praktischen

solchen Hohlraumresonators liegt dabei jedoch er- Gründen mit etwa 3000 Gauß, der für die Höchst-

heblich niedriger als der eines entsprechenden metal- frequenz Z₁ entsprechend mit etwa 9000 Megahertz

lischen Resonators, insbesondere aber ergeben sich (Wellenlänge dabei etwa 3 cm) gewählt,

nur unbefriedigend geringe Signale für die Kern- 5 Zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes #₀,

resonanz, da der Hohlraumresonator das zu messende das senkrecht zu dem in der Zeichnung von einer

Hochfrequenzfeld teilweise abschirmt und der zwischen strichpunktierten Kreislinie umrissenen Gebiet ver-

der zu untersuchenden Probe und der Sonde bestehende läuft, kann ein Elektromagnet dienen, dessen Er-

Kopplungsfaktor, von dem die Amplitude der Reso- regungsstrom gegebenenfalls zur Einstellung von H₀

nanzsignale proportional abhängt, unbefriedigend io auf einen gewünschten Wert veränderbar sein kann,

klein ist. Die Quelle 4 für die elektromagnetischen Höchst-

Bei der Verwendung starker Magnetfelder im frequenzwellen kann aus einem Klystron, beispiels-

Rahmen der bekannten Verfahren und Vorrichtungen weise vom Typ 723 A/B oder einem ausreichend

besteht außerdem die Gefahr, daß die sich in diesem frequenzstabilen Magnetron bestehen, um Abweichun-

Magnetfeld befindende Probe durch Temperatur- 15 gen der Frequenz von der dem Feld H₀ entsprechenden

Steigerung zersetzt oder einer ähnlichen Zerstörung Elektronenresonanzfrequenz Fe so gering wie möglich

unterworfen wird. zu halten; jedoch ist die Einhaltung dieser letzteren

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Bedingung nicht besonders kritisch, da die Elektronen-Geschwindigkeit solcher an sich bekannter Geräte zu resonanzlinien verhältnismäßig breit ausgebildet sind, steigern, mittels deren Atome in Flüssigkeiten oder 20 Die Höchstfrequenzquelle 4 ist durch einen Wellen-Gasen mittels eines magnetischen Gleichfeldes und leiter 7 mit einem Hohlraumresonator 3 gekoppelt, eines Höchstfrequenzfeldes nachgewiesen werden. Die der so ausgebildet ist, daß er in seiner Mitte (wo ein Geräte sollen unter anderem auch brauchbar gemacht Feld von beispielsweise 1 Gauß herrscht) und längs werden für Atomkerne, bei denen das magnetische einer magnetischen Kraftlinie, und zwar auf dem Moment und der Drehimpuls Null sind. Die Erfindung 25 Scheitelpunkt eines Schwingungsbauches des dort geht davon aus, daß es schwierig ist, in der gleichen erzeugten Magnetfeldes, von einem Teil la einer Zone eine Sättigung der Elektronenresonanz zu Rohrleitung 2 durchsetzt werden kann, die in sich erzielen mit Hilfe eines Ultrahochfrequenzfeldes und geschlossen sein kann und in der man in Richtung der gleichzeitig die Messung der Kernfrequenz, deren Pfeile/, etwa mit Hilfe einer Pumpe, die zu unterStrahlung viel schwäscher ist, durchzuführen, und 30 suchende Flüssigkeit umlaufen lassen kann, die einerfolgt dem Leitgedanken, in zwei verschiedenen Zonen seits die Kerne, deren Vorhandensein nachgewiesen einerseits die Sättigung der Resonanzstrahlung und werden soll und andererseits einen paramagnetischen andererseits die Messung der Kernfrequenz durch- Stoff enthält, wie beispielsweise Peroxylamin-Disulfonat zuführen.. (oder Nitroso-Disulfonat), Diphenylpicryl-hydrazyl bei

Gemäß der Erfindung ist eine in sich geschlossene 35 Flüssigkeiten oder Sauerstoff oder ein paramagne-

rohrförmige Leitung vorgesehen, die von dem zu tisches Radikal, wie atomarer Wasserstoff, atomarer

untersuchenden Medium durchflossen wird, und eine Stickstoff, bei einem Gas. Die atomaren Gase können

Pumpe, die das Medium durch die Leitung fördert; auf verschiedene Weise (Funken, Hochfrequenz-

die Leitung durchsetzt sowohl einen die Elektronen- entladungen großer Leistung, Ultraviolett-Ionisation

resonanz erregenden Hohlraumresonator als auch eine 40 usw.) in der Rohrleitung 2 erzeugt und erhalten wer-

Sonde, die in Strömungsrichtung in geringem Abstand den.

dahinter angeordnet ist; Oumpe und Leitung sind so Die Rohrleitung 2 umfaßt gleichfalls einen Teil 2b,

bemessen, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit des um den die die Sonde bildende Spule 5 gewickelt ist,

zu untersuchenden Mediums derart bestimmen läßt, mit der das Kernresonanzsignal der zu analysierenden

daß die Zeit, die von der Anregung eines Atoms durch 45 Kerne (beispielsweise Protonen) empfangen wird,

den Resonator bis zur Messung seiner Kernresonanz dessen Frequenz mit Hilfe eines elektrisch mit der

in der Sonde vergeht, kleiner als eine Relaxationszeit ist. Sonde verbundenen Anzeigegerätes 6 gemessen wird.

Der Abstand d zwischen der Sonde und dem Hohl- Als geeignetes Gerät kann dabei etwa ein Brücken-

raumresonator und die Strömungsgeschwindigkeit v, spektrometer (wie es beispielsweise in dem Aufsatz

mit der die Flüssigkeit den Weg zwischen dem Hohl- 50 von Carver in Physical Review, Vol. 104/1956,

raumresonator und der in geringem Abstand dahinter S. 975 ff., beschrieben ist) oder eine Autodynan-

angeordneten Sonde zurücklegt, sowie die Relaxations- Ordnung nach Pound dienen (wie sie in einem

zeit T, müssen dabei gemäß der Beziehung Aufsatz von Pound, Knight und W a t k i η s

j in Review of Scientific Instruments, 21, 1950, be-

— < T (4) 55 schrieben ist).

^v Bei einem Abstand d zwischen dem Hohlraum-

(wobei für d und ν die gleichen Längeneinheiten und resonator 4 und der Spule 5 in der Größenordnung für ν und T die gleichen Zeiteinheiten gelten) auf- von etwa einem Zentimeter muß dann die Umlaufeinander abgestimmt werden, so daß die Kerne, wenn geschwindigkeit der gedopten Flüssigkeit, soweit die sie die Sonde erreichen, sich noch im Zustand der 60 Relaxationszeit der Kernresonanz in der Größenunter dem Einfluß des Höchstfrequenzfeldes in dem Ordnung einer Sekunde liegt, größer als 1 cm/sec sein. Hohlraumresonator erzeugten Polarisation befinden. Ein von Protonen ausgehendes Signal wird dabei Der Wert für die Relaxationszeit liegt dabei beispiels- um etwa den Faktor 100 stärker empfangen, als dies weise für Protonen im allgemeinen in der Größen- ohne Überlagerung des Höchstfrequenzfeldes der Ordnung von einer Sekunde. 65 Fall wäre.

Nachstehend soll eine besondere Ausführungsform Mit einem solchen erfindungsgemäßen Gerät ist es

eines solchen Analysiergerätes an Hand der schema- möglich, den durch den Zusatz eines paramagnetischen

tischen Zeichnung beschrieben werden. Stoffes zu der zu untersuchenden Flüssigkeit erzielbaren

Empfindlichkeitsgewinn in weitestgehendem Maße auszunutzen.

Auf Grund der Erfindung kann man den Hohlraumresonator und die Sonde jeweils für ihre optimale Leistung auslegen. Die Eigenschaften des Resonators werden nicht mehr durch eine in seinem Inneren angeordnete Sonde beeinflußt, während die Sonde ihrerseits durch den Resonator keine Abschirmung mehr erleidet, so daß sich ein wesentlich günstigerer Gütefaktor erzielen läßt. Darüber hinaus läßt sich aber auch — im Gegensatz zu den bisher bekannten Geräten — der für die wirksame Übertragung des von der Probe ausgehenden Kernresonanzsignals auf die zu dessen Messung vorgesehene Sonde maßgebliche Kopplungskoeffizient optimal gestalten. Eine solche Lösung bringt also den Vorteil mit sich, daß ein besonders kräftiges Signal der Kernresonanz für die Messung zur Verfügung steht und sich eine beachtliche Einsparung der für den Betrieb der Höchstfrequenzquelle notwendigen Leistung erzielen läßt.

Andererseits ist es nicht mehr erforderlich, daß die beiden Resonanzerscheinungen (Elektronen- und Kernresonanz) unbedingt an der räumlich selben Stelle, noch sogar in einem einzigen Feld H₀ stattfinden.

Als ein weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der Probestoff nicht mehr ständig einem starken Höchstfrequenzfeld ausgesetzt werden muß, das leicht eine beachtliche Temperatursteigerung zur Folge haben kann, die zu äußerst unerwünschten Zersetzungserscheinungen führen kann. Außerdem ist es bei der vorliegenden Anordnung in einfacher Weise möglich, in den Flüssigkeitskreislauf eine Kühleinrichtung einzuschalten, so daß selbst die geringen Temperaturerhöhungen der Probe, die sich beim Durchströmen des Höchstfrequenzfeldes ergeben, wieder abgebaut werden können.

Ausführungsbeispiel

Es soll in einer Probe, die Lithium enthält, eine quantitative Bestimmung desselben erfolgen. Es liegt eine Vergleichsprobe vor, deren Lithiumgehalt bekannt ist.

Es wird die Wirkung des ionisierten Lithiums (Li⁺) untersucht. Man beobachtet die Kernresonanz von Li⁷.

Bei den bekannten Apparaten war die Intensität der Kernresonanz gering, denn das Verhältnis

magnetisches Moment Kernspin

beträgt beim Lithium etwa nur ein Drittel des Wertes des Protons. Dieses ergibt sich aus folgenden Werten für das Spin und das magnetische Moment beim Proton einerseits, beim Lithium andererseits:

Wasserstoff (Proton) Spin V₂,

magnetisches Moment 2,79

Lithium 7 Spin %>

magnetisches Moment 3,26.

Die Intensität des Kernsignals wechselt mit diesem Verhältnis. Die Resonanzfrequenz des Lithium liegt So für ein Feld von 10000 Gauß bei 16,5 MHz. Bezüglich der Zahlenangaben sei hingewiesen auf den Aufsatz NUCLEAR SPINS AND MOMENTS von Arnold L. B 1 u m , Varian Associates, S. 2549 ff., in der 40. Ausgabe des »Handbook of Chemistry and Physics«.

Bei den zu messenden Substanzen ist die Konzentration sehr schwach. Sie kann z. B. nur V10000 pro Liter betragen.

55 Durch Zusatz eines paramagnetischen Stoffes mit Hyperfeinstruktur, z. B. Dinitrosesulfonat, erhält man eine Verstärkung im Verhältnis V₂ ⁷_. · "/£ist das oben

angegebene Verhältnis für das Elektron, yLi ist das gleiche Verhältnis für das Lithium.

Wie man aus der Tabelle und dem angegebenen Handbuch entnehmen kann, beträgt das Verhältnis der beiden γ-Werte 1800, der oben angegebene Faktor hat einen Wert von ¹⁸⁰⁰/₂ = 900. Da das als paramagnetischer Stoff verwendete Disulfonat eine Struktur mit drei Spitzen hat, muß der Vergrößerungsfaktor noch durch 3 geteilt werden. Man erhält also einen Wert von 300. Dieser Vergrößerungsfaktor würde aber nicht zum Tragen kommen, wenn man nicht die Kreislauf führung des Mediums gemäß der Erfindung anwenden würde.

In der Praxis wird dem zu untersuchenden Medium eine bestimmte Menge Disulfonat beigegeben, wobei die Konzentration in der Größenordnung von Vioooo Mol pro Liter liegt. Man läßt das Medium in der Leitung kreisen und mißt die Intensität der Kernresonanz, die der Absorption des Li⁷ entspricht, mit einem Spektrometer nach Pound. Man bestimmt die Stärke der Kernresonanzspitze auf dem Schirm eines Oszillographen.

Nachdem man diese bei dem zu messenden Medium festgestellt hat, wird die Messung mit der Vergleichsprobe wiederholt. Man mißt mit demselben Spektrometer und bei derselben Frequenz die Resonanzspitze. Das Verhältnis der beiden Intensitätsmessungen der Kernresonanz entspricht dem Verhältnis der Konzentrationen an Li⁷ in dem zu messenden Medium einerseits und der Vergleichsprobe andererseits.

Um die Genauigkeit und Empfindlichkeit des Gerätes noch zu steigern, kann man jedesmal auch die Stärke des Resonanzsignals der im Wasser oder einem anderen Lösungsmittel enthaltenen Protonen bestimmen. In diesem Falle ergibt sich eine Bezugsgrundlage, durch welche man eventuelle Änderungen der Empfindlichkeit des Gerätes ausschalten kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum qualitativen, gegebenenfalls quantitativen Nachweis von Atomen in Flüssigkeiten oder Gasen durch Messung der für die Atome charakteristischen Kernresonanz mittels eines magnetischen Gleichfeldes und eines Höchstfrequenzfeldes, wobei gegebenenfalls dem zu untersuchenden Medium ein paramagnetischer Stoff zugesetzt ist, gekennzeichnetdurch eine in sich geschlossene rohrförmige, von dem zu untersuchenden Medium durchflossene Leitung, die sowohl einen die Elektronenresonanz erregenden Hohlraumresonator als auch eine in Strömungsrichtung in geringem Abstand dahinter angeordnete Sonde durchsetzt, sowie eine zur Förderung des Mediums durch die Leitung dienende Pumpe, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des zu untersuchenden Mediums so bestimmbar ist, daß die Zeit, die von der Anregung eines Atoms durch den Resonator bis zur Messung seiner Kernresonanz in der Sonde vergeht, kleiner als seine Relaxationszeit ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung eines Kühlers im Zuge der in sich geschlossenen Rohrleitung.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höchstfrequenzquelle ein Klystron ist, das durch einen Wellenleiter mit dem Hohlraumresonator gekoppelt ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Leitung den Hohlraumresonator in seiner Mitte auf dem Scheitel-

10

punkt eines Schwingungsbauches des von der Höchstfrequenzquelle erzeugten magnetischen Wechselfeldes durchsetzt.

5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät zur Messung der Kernresonanzfrequenz aus einer Autodynanordnung nach Pound besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen