DE1698223C3 - Vorrichtung zur Messung der Elektronenspin-Doppelresonanz - Google Patents

Description

ao Anregen und Feststellen der durch angeregte Kernspins verursachten Wechselfelder dient, deren Fre-

quenz, wie bereits angegeben, gewöhnlich unter 100

MHz liegt. Auch diese Anordnung bietet keine Möglichkeit zur Beobachtung der Elektron<;nspin-Dop-

25 pelresonanz, weil die im Hohlraumresonator an-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung geordnete Spule nicht dazu geeignet ist, Signale mit zur Messung der Elektronenspin-Doppelresonanz mit Mikrowellen-Frequenzen aufzunehmen und weitereinem zur Beaufschlagung der Probe mit zwei von- zuleiten. Daher besteht bei solchen Anordnungen einander entkoppelten Mikrowellenfeldern dienenden auch keine Notwendigkeit, für eine strenge Orthogo-Mikrowellenelement, das einen Hohlraumresonator 30 nalität der Felder zwischen Spule und Hohlraumrelimfaßt, der die Konfiguration de> ei 'en Mikrowel- sonator Sorge zu tragen.

lenfeldes bestimmt. Obwohl also eine Vielzahl von Anordnungen zur Bei der Messung der Elektronenspin-Doppclreso- Anregung von Spinresonanzen bekannt waren und ranz ist es erforderlich, eine Stoffprobe in einem ho- die Anregung von Mohlraumresonatoren in zwei mogenen magnetischen Gleichfeld mit zwei magneti 35 zueinander orthogonalen Moden die oben dargelcg- *chen Wechscifeldern, deren Frequenz im Mikrowel- ten Nachteile hat, macht die einzige, zur Messung lenbereich liegt, anzuregen. Eine einwandfreie Mes- der Elektronenspin-Doppelresonanz bekannte Vor- $ung der Elektronenspin-Doppelresonanz hat zur richtung von einem solchen »bimodaien« Hohlraum-Voraussetzung, daß die beiden magnetischen Wech- resonator Gebrauch. Daß im Stande der Technik keiselfelder mit großer Genauigkeit zueinander orthogo- 40 nerlei Verbuche erkennbar sind, andere Vorrichtunnal sind, damit durch ein unmittelbares Überkoppeln gen zur Messung der Elcktronenspin-Doppelresoder Felder keine Störungen auftreten. nanz zu schaffen, liegt offenbar darin, daß die Anre-Eine Vorrichtung, welche diese Forderungen weit- gung der Probe zweifellos unter Verwendung eines gehend erfüllt, ist aus der Zeitschrift »Physical Re- Hohlraumresonators erfolgen muß und der Fachview«, 135 (IA), 1964, S. A 247 bis A 251, bekannt. 45 mann von der allgemeinen Lehre beherrscht wird, Bei der bekannten Vorrichtung ist der Hohlraumre- daß in einem Hohlraumresonator nur solche Schwintonator derart mit zwei Hohlleitern verbunden, daß gungen existenzfähig sind, für die der Hohlraumrcsodiese Hohlleiter mit orthogonalen Moden des Hohl- nator einen Resonanzmodus aufweist. Wenn daher raumresonators gekoppelt sind. Der eine Hohlleiter bei der Messung der Elektronenspin-Doppclresonanz Client zum Zuführen der Anregungsenergie und so eine von der Anregungsfrequenz abweichende zweite Beobachtung der Resonanzen, während der andere Meßfrequenz auftritt, so muß dafür Sorge getragen mm Zuführen von Pumpenenergie dient. Um eine werden, daß der Hohlraumresonator auch für diese Frequenzverschiebung zwischen dem Anregungs- zweite Frequenz einen Resonanzmodus aufweist,
signal und dem Pumpsignal zu ermöglichen, darf der Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hohlraumresonator keine sehr hohe Güte haben. 55 Vorrichtung zur Messung der Elektronenspin-Dop-Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht pelresonanz der eingangs beschriebenen Art zu darin, daß sie einerseits einen komplizierten Aufbau schaffen, die einen wesentlich einfacheren Aufbau hat, sorgfältig zu justierende Abstimmittel aufweisen und zugleich eine größere Breitbandigkeit als die bemuß, um die Orthogonalität der beiden Moden zu kannte Vorrichtung aufweist.

gewährleisten, und eine nur geringe Bandbreite auf- So Diese Aufgabe wird nach der Erfindung auf überweist, die nur wenige Promille der Anregungsfre- raschend einfache Weise dadurch gelöst, daß zur Zuquenz beträgt. führung des anderen Mikrowellenfeldes eine Wendel-Es ist weiterhin aus der Zeitschrift »The Review of leitung derart im Inneren des Hohlraumresonators Scientific Instruments«, 33 (7), 1962, S. 732 bis 737, angeordnet ist, daß ihre Achse und damit die Richbekannt, zur Erzeugung des magnetischen Wechsel- 6$ tung der magnetischen Komponente ihres Mikrowelfeldes, das zur Anregung von Etektronenspinreso- lenfeldes senkrecht auf der magnetischen Komponanzen benötigt wird, an Stelle eines Hohlraumreso- nente des Mikrowellenfeldes des Hohlraumresonanators eine schraubenförmige Wendelleitung zu ver- tors steht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also im Inneren des Hohlraumresonators eine Wendelleitung ungeordnet und auf diese Weise die Möglichkeit geschaffen, innerhalb des Hohlraumresonators ein Mikrowellenfeld zu erzeugen, das von den Resonanzbedingungen des Hohlraumresonators unabhängig ist.

Bei der Wendelleitung handelt es sich nichi um eine Resonanzstruktur, sondern um ein breitbandiges Gebilde, dessen Eigenschaften in einem großen Bereich praktisch frequenzunabhängig sind, so daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Schwierigkeiten Elektronenspinresonanzen beobachtet werden können, deren Frequenz relativ weit von der Frequenz des Anregungssignals abliegt. Da außerdem die Wendelleitung und der Hohlraumresonator, in den die Wendelleitung eingebaut ist, voneinander im wesentlichen unabhängige Gebilde sind, ist es auch sehr viel einfacher, der Wendelleitung eine solche Stellung zu geben, daß sie von dem in dem Hohlraumresonator angeregten FeU praktisch vollständig entkoppelt ist. Diese Entkopplung ist auch keineswegs frequenzabhängig, so daß mit der crfindungsgemäßen Vorrichtung besonders gute Ergebnisse erzielt werden können.

Ein besonderer Vorteil der crfindungsgemäßen Vorrichtung besteht noch darin, daß sie, obwohl sie speziell im Hinblick auf die Bedürfnisse der Messung der Elektronenspin-Doppelresonanz ausgebildet i-,t, auch für andere Messungen eingesetzt werden kann, weil die schraubenförmige Wendel bei Bedarf auch als Empfangsspule für Kernresonanzsignale dienen kann. Daher ist es mit der erfindungsgemäßcn Vorrichtung möglich, außer Elektronenspin-Doppciresonanzen auch Elektronenspin-Kernspin-Doppelresonanzen, Elektronenspinresonanzen im kontinuierlichen Betneb, Elektrorienspinrcsonanzen im Impulsbetrieb, Elektronenspin-Doppelresonanzen, Elektronenspin-Kernspin-Doppelresonanzen, Elektronenspin-Elektronenspin-Kernspin-Tripelresonanzen und endlich auch dynamische Kernpolarisationen zu messen.

Die Erfindung wird in folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt zwei senkrecht zueinander liegende Schnitte durch einen solchen Probenkopf.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist einen zylindrischen Hohlraumresonator/? auf, der so dimensioniert ist, daß in ihm eine Schwingung im H,,₂-Modus angeregt wird. Der Hohlraumresonator kann beispielsweise für eine Frequenz von 24GHz ausgelegt sein, was einer Wellenlänge von 12,5 mm entspricht. Die Einkopplung von MiKrowellenenergie erfolgt auf einem Hohlleiter H über eine verstellbare Iris /. Durch diese Ankopplung wird in dem Hohlraumresonator R ein elektromagnetisches Feld angeregt, dessen magnetische Komponente im Zentrum des Hohlraumresonators, wo eine Meßprobe angeordnet werden kann, senkrecht zur Resonatorachse verläuft.

ίο Im Inneren des Hohlraumresonators R ist eine Wendeleitung W derart angeordnet, daß ihre Achse senkrecht auf der magnetischen Komponente des im Hohlraumresonator anregbaren Mikrowellenfeldes steht. Infolgedessen ist die magnetische Komponente des von der Wendelleitung W erzeugten Feldes senkrecht zur magnetischen Komponente des Mikrowellenfeldes im Hohlraumresonator. Die Wendelleitung W ^ragt mit einer Antenne Λ aus dem Hohlraumresonator R heraus und in einen Hohlleiter Af,

ao hinein, mit dessen einer Seite sie durch einen »doorknob«-Übergang verbunden ist. Auf diese Weise ist die Wendelleitung an den Hohlleiter H' argekoppelt. Das den »door-knob«-Übergang bildende Teil D ist bei f.vsr als Ausführungsbeispiel dargestellten Vorrichtung nicht galvanisch mit der Seitenwand des Hohlleiters //' verbunden, sondern ragt in eine an die Seitenwand des Hohlleiters H' angeschlossene Koaxialleitung K hinein und ist zugleich als Drossel ausgebildet, die ein Eindringen von Mikrowellenfrequenzen in die Koaxialleitung K verhindert. Dagegen können Signale mit Frequenzen von Kernspinresonanzen, die von dem Hohlleiter //' nicht mehr übertragen werden können, über die Koaxialleitung K nicht naher dargestellten Empfangseinrichtungen zugeführt werden.

Die zur Entkopplung notwendige Orthogonalität der Mikrowellenfelder kann im Prinzip auch mit einem rechteckigen Resonator erreicht werden. In diesem Fall muß die Achse der Wendelleitung parallel zur Schmalseite des Resonators angebracht werden.

Die erwünschte vollständige Entkopplung zwischen den Feldern des Hohlraumresonator und der Wendelleitung kann dadurch erreicht werden, daß die Wendelleitung senkrecht zu ihrer Achse parallel zur Resonatorachse nach beiden Seiten um etwa V₂₀IeI der Resonatorlänge verschiebbar angebracht wird. Eine andere Möglichkeit zur Einstellung einer vollständigen Entkopplung besteht darin, daß in den Hohlraumresonator zu beiden Seiten der Wendelleitung dielektrische Stäbe mehr oder weniger tief eingeführt weiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. I 698 223

   wenden, in deren Innerem dann die anzuregende

   Patentansnruch· Substanz angeordnet wird. Mit einer solchen Anord-

   ratentansprucn. ^^ ^^ .^^ _kejne Hektronenspin-Doppclre-

   Vorrichtung zur Messung der Elektronen- sonanzen untersucht ^¹^™™

   spin-Doppelrelnanz mit einem zur Beauischla- 5 vorhanden ist, ^ gung der Probe mit zwei voneinander entkoppel- ^J^

   ten Mikrowellenfeldern dienenden Mikrowellen- moglicnen wur, f. . ^.. _w , ., .

   element, das einen Hohlraumresonator umfaßt, bereich hegt. Es wird jedoch die Wendelleitung der

   der die Konfiguration des einen Mikrowellenfel- bekannten Vornchlung gleichzeitig als Spule zur

   des bestimm? dadurch gek e η nze i cn - .. Beobachtung von Kernspinresonanzen benutet die

   net, daß zur Zuführung des anderen Mikrowel- gewöhnlich Frequenzen von weniger als 100 MHz

   lenfeldes eine Wendelleitung (W) derart im Inne- hauen, also nicht im M.krowelenbereich hegen,

   ren des Hohlraumresonator (R) angeordnet ist. Zur Beobachtung von Elektronenspin-Kernspm-

   daß ihre Achse und damit die Richtung der ma- Doppelresonanzen ist es weiterhin aus «Zeitschrift

   gnetischen Komponente ihres Mikrowellenfeldes 15 für Physik«, Bd. 165 1961, S. 218 bis 238 bekannt,

   senkrecht auf der magnetischen Komponente des zur Anregung der Probe mit einem Wechselfeld des-

   Mikrowellenfeides des Hohlraumresonators (R) sen Frequenz im M.krowellenbereich hegt, einen

   _stent Hohlraumresonator zu verwenden und innerhalb des

   Hohlraumresonators eine Spule anzuordnen, die zum