JP2008180569A - Esr device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ESR装置における磁場制御方法の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a magnetic field control method in an ESR apparatus.
ESR装置は、静磁場中に置かれた被測定試料にマイクロ波を照射すると共に、照射したマイクロ波が被測定試料によって吸収される様子をスペクトルとして記録するようにした磁気共鳴装置の一種である。被測定試料中にフリーラジカルが存在すると、静磁場の掃引に伴ってマイクロ波の吸収が起こり、フリーラジカルの分子構造を反映した吸収スペクトルが記録計に記録される。この吸収スペクトルを解析することにより、フリーラジカルの分子構造に関する情報を得ることができる。 An ESR apparatus is a type of magnetic resonance apparatus that irradiates a sample to be measured placed in a static magnetic field with microwaves and records as a spectrum how the irradiated microwaves are absorbed by the sample to be measured. . When free radicals exist in the sample to be measured, microwave absorption occurs as the static magnetic field is swept, and an absorption spectrum reflecting the free radical molecular structure is recorded on the recorder. By analyzing this absorption spectrum, information on the molecular structure of the free radical can be obtained.
図1は、従来の反射型ESR装置の構成図である。マイクロ波発振器1から発振されたマイクロ波は、方向性結合器2で適当な電力に分岐された後、サーキュレータ3を通って電磁石の磁極4の間隙に設置された空胴共振器5に送られる。空胴共振器5とマイクロ波線路の間には、図示しない結合度調整機構が設けられており、空胴共振器5とマイクロ波線路の間のマッチングを取ることによって、空胴共振器5からの反射波がないように調整される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional reflective ESR apparatus. The microwave oscillated from the
空胴共振器5の内部には測定試料6がセットされている。対向する磁極4によって静磁場を掃引して、ESR現象が起きれば、マイクロ波が吸収されて空胴共振器のQ値が変化し、マッチングのバランスが崩れて、空胴共振器5からの反射波を生じる。この反射波は、サーキュレータ3を介してマイクロ波検出器7に送られて位相検出される。この位相検波を行なう目的で、方向性結合器2によって分岐されたマイクロ波発振器1のマイクロ波電力の一部は、バイパス線路に設けられた移相器8で位相を調整された後、マイクロ波検出器7に入力される。
A
このバイパス線路は、空胴共振器5から反射されるマイクロ波電力の大小に関わらず、マイクロ波検出器7の動作レベルを一定に保つ目的で設けられており、マイクロ波検出器8における一種のバイアス電力に相当するものである。
This bypass line is provided for the purpose of keeping the operating level of the
試料6によるマイクロ波の吸収信号は、位相検波された後、前置増幅器9、バンドパスフィルタ10、増幅器11を通って、図示しない記録計に記録される。
The microwave absorption signal from the
このような測定においては、空胴共振器5に供給されるマイクロ波の周波数が、空胴共振器5の共振周波数と常に一致していて、余計な反射波が生じないように絶えず制御されている必要がある。このため、通常の反射型ESR装置には、仮に空胴共振器5の共振周波数が温度変化などの環境変化に伴ってドリフトを起こしても、それに追従してマイクロ波周波数が自動的に変化して行くような機能が与えられている。それを、AFC(自動周波数制御)と呼んでいる。
In such measurement, the frequency of the microwave supplied to the
AFCを図1に基づいて説明すれば、次のようなものである。まず、70kHzの変調用発振器12から増幅器13を介してマイクロ波発振器1に変調成分を供給する。これに基づいて、マイクロ波自身に70kHzの周波数変調(FM)が与えられ、変調されたマイクロ波が空胴共振器5に供給される。
The AFC will be described with reference to FIG. First, a modulation component is supplied from the 70
その結果、図2に示すように、マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数と一致している場合(状態C)には、マイクロ波の反射波に振幅の極めて小さな70kHz成分が重畳されるのみである。ところが、マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数から少しずれている場合(状態B、D)には、マイクロ波の反射波に振幅の極めて大きな70kHz成分が重畳される。マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数に対して高い方にずれているのか、それとも低い方にずれているのかは、70kHz成分の位相から判断することができる。
As a result, as shown in FIG. 2, when the microwave frequency matches the resonance frequency of the cavity 5 (state C), a 70 kHz component having a very small amplitude is superimposed on the reflected wave of the microwave. Only. However, when the microwave frequency is slightly shifted from the resonance frequency of the cavity resonator 5 (states B and D), a 70 kHz component having a very large amplitude is superimposed on the reflected wave of the microwave. It can be determined from the phase of the 70 kHz component whether the microwave frequency is shifted higher or lower than the resonant frequency of the
この70kHz成分を含んだ反射マイクロ波をマイクロ波検出器7で検出し、前置増幅器9で増幅後、70kHz用バンドパスフィルタ14、増幅器15を介して位相検波器16で70kHz成分の位相検波を行なう。
The reflected microwave including the 70 kHz component is detected by the
こうして位相検波され、DC化された70kHz成分が最もゼロに近くなるように、ローパスフィルタ17と加算器18を介して、マイクロ波発振器1にフィードバックさせる。マイクロ波発振器1の空洞部にはバラクターダイオード(電圧可変容量素子)が仕込まれていて、フィードバックされたDC電圧の大きさに見合った量のマイクロ波周波数変化を起こさせることができる。これにより、空胴共振器5のドリフトなどによってマイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数からのずれを生じても、そのずれに追従して自動的にマイクロ波周波数を制御することができる。
In this way, the phase detection and DC conversion of the 70 kHz component is fed back to the
ところで、ESR測定では、石英二重管を用いて、共振器と試料との間を断熱して、試料の温度を可変させる場合がある。しかし、試料の温度制御が与える共振器温度への影響を完全になくすことは困難である。共振器の温度が変化すれば、共振器壁の熱膨張/熱収縮により共振器容積が変化し、共振器の共振周波数がドリフトする。 By the way, in ESR measurement, a quartz double tube may be used to insulate between the resonator and the sample to vary the temperature of the sample. However, it is difficult to completely eliminate the influence of the temperature control of the sample on the resonator temperature. If the temperature of the resonator changes, the resonator volume changes due to thermal expansion / contraction of the resonator wall, and the resonance frequency of the resonator drifts.
また、温度により試料の性質が変化したり、その他の環境的要因に変化があったりすることにより共振器の共振周波数が変化することもある。 In addition, the resonant frequency of the resonator may change due to changes in the properties of the sample due to temperature or changes in other environmental factors.
AFCは、この共振周波数のドリフトを検知して、マイクロ波発振器の発振周波数を共振器の共振周波数のドリフトに追従させ、安定化させるものである。 The AFC detects the resonance frequency drift and stabilizes the oscillation frequency of the microwave oscillator by following the resonance frequency drift of the resonator.
しかしながら、共振周波数がドリフトするということは、磁気共鳴の原理から、共鳴磁場もドリフトすることを意味する。すなわち、設定磁場に対するESRスペクトルの位置ずれが発生することになる。 However, the fact that the resonance frequency drifts means that the resonance magnetic field also drifts from the principle of magnetic resonance. That is, the position shift of the ESR spectrum with respect to the set magnetic field occurs.
ESR共鳴吸収線の線幅が狭い試料の場合や、定点観測により信号強度の経時変化のみを観測するような場合、ESRスペクトルの位置ずれは、測定に顕著な悪影響を及ぼす。 In the case of a sample with a narrow line width of the ESR resonance absorption line or when only a change with time in signal intensity is observed by fixed point observation, the positional deviation of the ESR spectrum has a significant adverse effect on the measurement.
本発明の目的は、上述した点に鑑み、ESR測定時、共振周波数のドリフトに由来する設定磁場に対するESRスペクトルの位置ずれを防止することのできるESR装置を提供することにある。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide an ESR device capable of preventing a position shift of an ESR spectrum with respect to a set magnetic field derived from a resonance frequency drift during ESR measurement.
この目的を達成するため、本発明にかかるESR装置は、
静磁場中に置かれた高周波共振器内に試料を設置し、該静磁場強度を掃引制御してESRスペクトルを測定するESR装置において、
該ESR装置は、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトによる周波数変動分を前記高周波発振器にフィードバックさせ、前記高周波発振器側の発振周波数を前記高周波共振器の共振周波数に合わせて自動補正するAFC回路を備えるとともに、
該AFC回路の出力の一部を、前記静磁場を制御している磁場制御回路にもフィードバックさせ、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトに伴うESRスペクトルの共鳴磁場のずれを補正するようにしたことを特徴としている。
In order to achieve this object, an ESR device according to the present invention includes:
In an ESR apparatus in which a sample is placed in a high-frequency resonator placed in a static magnetic field, and the ESR spectrum is measured by sweeping and controlling the static magnetic field strength.
The ESR device includes an AFC circuit that feeds back a frequency fluctuation caused by a drift in the resonance frequency of the high-frequency resonator to the high-frequency oscillator and automatically corrects the oscillation frequency on the high-frequency oscillator side according to the resonance frequency of the high-frequency resonator. As well as
A part of the output of the AFC circuit is also fed back to the magnetic field control circuit that controls the static magnetic field, thereby correcting the deviation of the resonant magnetic field of the ESR spectrum accompanying the drift of the resonant frequency of the high frequency resonator. It is characterized by that.
また、静磁場中に置かれた高周波共振器内に試料を設置し、該静磁場強度を掃引制御してESRスペクトルを測定するESR装置において、
該ESR装置は、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトによる周波数変動分を前記高周波発振器にフィードバックさせ、前記高周波発振器側の発振周波数を前記高周波共振器の共振周波数に合わせて自動補正するAFC回路を備えるとともに、
該AFC回路によって自動補正された高周波発振器の発振周波数を読み取って、周波数変動分からESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分を計算し、該計算結果に基づいて前記静磁場を制御している磁場制御回路を制御して、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトに伴うESRスペクトルの共鳴磁場のずれを補正するようにしたことを特徴としている。
Further, in an ESR apparatus for measuring an ESR spectrum by installing a sample in a high-frequency resonator placed in a static magnetic field, and sweeping and controlling the static magnetic field strength,
The ESR device includes an AFC circuit that feeds back a frequency fluctuation caused by a drift in the resonance frequency of the high-frequency resonator to the high-frequency oscillator and automatically corrects the oscillation frequency on the high-frequency oscillator side according to the resonance frequency of the high-frequency resonator. As well as
A magnetic field control circuit that reads the oscillation frequency of the high-frequency oscillator automatically corrected by the AFC circuit, calculates the deviation of the resonant magnetic field of the ESR spectrum from the frequency fluctuation, and controls the static magnetic field based on the calculation result Control is performed to correct a shift in the resonant magnetic field of the ESR spectrum accompanying the drift of the resonant frequency of the high-frequency resonator.
また、前記計算は、下記のESR共鳴条件式、
ΔH=(h・Δν)/(gβ)
に基づいて行なわれることを特徴としている。ただし、ΔHは共鳴磁場のずれ分、hはプランク定数、Δνは共振周波数の変動分、gはESRスペクトルのg値、βはボーア磁子。
Further, the calculation is performed using the following ESR resonance conditional expression:
ΔH = (h · Δν) / (gβ)
It is characterized by being performed based on. Where ΔH is the resonance magnetic field deviation, h is the Planck constant, Δν is the resonance frequency variation, g is the g value of the ESR spectrum, and β is the Bohr magneton.
本発明のESR装置によれば、
静磁場中に置かれた高周波共振器内に試料を設置し、該静磁場強度を掃引制御してESRスペクトルを測定するESR装置において、
該ESR装置は、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトによる周波数変動分を前記高周波発振器にフィードバックさせ、前記高周波発振器側の発振周波数を前記高周波共振器の共振周波数に合わせて自動補正するAFC回路を備えるとともに、
該AFC回路の出力の一部を、前記静磁場を制御している磁場制御回路にもフィードバックさせ、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトに伴うESRスペクトルの共鳴磁場のずれを補正するようにしたので、
ESR測定時、共振周波数のドリフトに由来する設定磁場に対するESRスペクトルの位置ずれを防止することのできるESR装置を提供することが可能になった。
According to the ESR device of the present invention,
In an ESR apparatus in which a sample is placed in a high-frequency resonator placed in a static magnetic field, and the ESR spectrum is measured by sweeping and controlling the static magnetic field strength.
The ESR device includes an AFC circuit that feeds back a frequency fluctuation caused by a drift in the resonance frequency of the high-frequency resonator to the high-frequency oscillator and automatically corrects the oscillation frequency on the high-frequency oscillator side according to the resonance frequency of the high-frequency resonator. As well as
A part of the output of the AFC circuit is also fed back to the magnetic field control circuit that controls the static magnetic field, thereby correcting the deviation of the resonant magnetic field of the ESR spectrum accompanying the drift of the resonant frequency of the high frequency resonator. So
At the time of ESR measurement, it is possible to provide an ESR device capable of preventing the positional deviation of the ESR spectrum with respect to the set magnetic field derived from the resonance frequency drift.
また、静磁場中に置かれた高周波共振器内に試料を設置し、該静磁場強度を掃引制御してESRスペクトルを測定するESR装置において、
該ESR装置は、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトによる周波数変動分を前記高周波発振器にフィードバックさせ、前記高周波発振器側の発振周波数を前記高周波共振器の共振周波数に合わせて自動補正するAFC回路を備えるとともに、
該AFC回路によって自動補正された高周波発振器の発振周波数を読み取って、周波数変動分からESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分を計算し、該計算結果に基づいて前記静磁場を制御している磁場制御回路を制御して、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトに伴うESRスペクトルの共鳴磁場のずれを補正するようにしたので、
ESR測定時、共振周波数のドリフトに由来する設定磁場に対するESRスペクトルの位置ずれを防止することのできるESR装置を提供することが可能になった。
Further, in an ESR apparatus for measuring an ESR spectrum by installing a sample in a high-frequency resonator placed in a static magnetic field, and sweeping and controlling the static magnetic field strength,
The ESR device includes an AFC circuit that feeds back a frequency fluctuation caused by a drift in the resonance frequency of the high-frequency resonator to the high-frequency oscillator and automatically corrects the oscillation frequency on the high-frequency oscillator side according to the resonance frequency of the high-frequency resonator. As well as
A magnetic field control circuit that reads the oscillation frequency of the high-frequency oscillator automatically corrected by the AFC circuit, calculates the deviation of the resonant magnetic field of the ESR spectrum from the frequency fluctuation, and controls the static magnetic field based on the calculation result Since the control is performed to correct the deviation of the resonance magnetic field of the ESR spectrum accompanying the drift of the resonance frequency of the high-frequency resonator,
At the time of ESR measurement, it is possible to provide an ESR device capable of preventing the positional deviation of the ESR spectrum with respect to the set magnetic field derived from the resonance frequency drift.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3は、本発明にかかる反射型ESR装置の一実施例である。図1と同じ構成要素に対しては、同じ番号を付して説明する。 FIG. 3 shows an embodiment of a reflection type ESR apparatus according to the present invention. The same components as those in FIG. 1 will be described with the same numbers.
マイクロ波発振器1から発振されたマイクロ波は、方向性結合器2で適当な電力に分岐された後、サーキュレータ3を通って電磁石の磁極4の間隙に設置された空胴共振器5に送られる。空胴共振器5とマイクロ波線路の間には、図示しない結合度調整機構が設けられており、空胴共振器5とマイクロ波線路の間のマッチングを取ることによって、空胴共振器5からの反射波がないように調整される。
The microwave oscillated from the
空胴共振器5の内部には測定試料6がセットされている。対向する磁極4によって静磁場を掃引して、ESR現象が起きれば、マイクロ波が吸収されて空胴共振器のQ値が変化し、マッチングのバランスが崩れて、空胴共振器5からの反射波を生じる。この反射波は、サーキュレータ3を介してマイクロ波検出器7に送られて位相検出される。この位相検波を行なう目的で、方向性結合器2によって分岐されたマイクロ波発振器1のマイクロ波電力の一部は、バイパス線路に設けられた移相器8で位相を調整された後、マイクロ波検出器7に入力される。
A
このバイパス線路は、空胴共振器5から反射されるマイクロ波電力の大小に関わらず、マイクロ波検出器7の動作レベルを一定に保つ目的で設けられており、マイクロ波検出器8における一種のバイアス電力に相当するものである。
This bypass line is provided for the purpose of keeping the operating level of the
試料6によるマイクロ波の吸収信号は、位相検波された後、前置増幅器9、バンドパスフィルタ10、増幅器11を通って、図示しない記録計に記録される。
The microwave absorption signal from the
このような測定においては、空胴共振器5に供給されるマイクロ波の周波数が、空胴共振器5の共振周波数と常に一致していて、余計な反射波が生じないように絶えず制御されている必要がある。このため、通常の反射型ESR装置には、仮に空胴共振器5の共振周波数が温度変化などの環境変化に伴ってドリフトを起こしても、それに追従してマイクロ波周波数が自動的に変化して行くような機能が与えられている。それを、AFC(自動周波数制御)と呼んでいる。
In such measurement, the frequency of the microwave supplied to the
AFCを図3に基づいて説明すれば、次のようなものである。まず、70kHzの変調用発振器12から増幅器13を介してマイクロ波発振器1に変調成分を供給する。これに基づいて、マイクロ波自身に70kHzの周波数変調(FM)が与えられ、変調されたマイクロ波が空胴共振器5に供給される。
The AFC will be described with reference to FIG. First, a modulation component is supplied from the 70
その結果、図2に示すように、マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数と一致している場合(状態C)には、マイクロ波の反射波に振幅の極めて小さな70kHz成分が重畳されるのみである。ところが、マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数から少しずれている場合(状態B、D)には、マイクロ波の反射波に振幅の極めて大きな70kHz成分が重畳される。マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数に対して高い方にずれているのか、それとも低い方にずれているのかは、70kHz成分の位相から判断することができる。
As a result, as shown in FIG. 2, when the microwave frequency matches the resonance frequency of the cavity 5 (state C), a 70 kHz component having a very small amplitude is superimposed on the reflected wave of the microwave. Only. However, when the microwave frequency is slightly shifted from the resonance frequency of the cavity resonator 5 (states B and D), a 70 kHz component having a very large amplitude is superimposed on the reflected wave of the microwave. It can be determined from the phase of the 70 kHz component whether the microwave frequency is shifted higher or lower than the resonant frequency of the
この70kHz成分を含んだ反射マイクロ波をマイクロ波検出器7で検出し、前置増幅器9で増幅後、70kHz用バンドパスフィルタ14、増幅器15を介して位相検波器16で70kHz成分の位相検波を行なう。
The reflected microwave including the 70 kHz component is detected by the
こうして位相検波され、DC化された70kHz成分が最もゼロに近くなるように、ローパスフィルタ17と加算器18を介して、マイクロ波発振器1にフィードバックさせる。マイクロ波発振器1の空洞部にはバラクターダイオード(電圧可変容量素子)が仕込まれていて、フィードバックされたDC電圧の大きさに見合った量のマイクロ波周波数変化を起こさせることができる。これにより、空胴共振器5のドリフトなどによってマイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数からのずれを生じても、そのずれに追従して自動的にマイクロ波周波数を制御することができる。
In this way, the phase detection and DC conversion of the 70 kHz component is fed back to the
加算器18の出力は、試料6に印加する静磁場を発生している電磁石にもフィードバックされる。すなわち、共振周波数の変動に依存して変動するESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分に相当する電流を、電流制御回路19で加算して、電磁石に供給する。これにより、ESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分が静磁場に重畳されて試料に印加され、ESRスペクトルの見かけ上の共鳴位置は、位置ずれを生じない。
The output of the
図4は、本発明にかかる反射型ESR装置の別の実施例である。図3と同じ構成要素に対しては、同じ番号を付して説明する。 FIG. 4 shows another embodiment of the reflective ESR apparatus according to the present invention. The same components as those in FIG. 3 will be described with the same numbers.
マイクロ波発振器1から発振されたマイクロ波は、方向性結合器2で適当な電力に分岐された後、サーキュレータ3を通って電磁石の磁極4の間隙に設置された空胴共振器5に送られる。空胴共振器5とマイクロ波線路の間には、図示しない結合度調整機構が設けられており、空胴共振器5とマイクロ波線路の間のマッチングを取ることによって、空胴共振器5からの反射波がないように調整される。
The microwave oscillated from the
空胴共振器5の内部には測定試料6がセットされている。対向する磁極4によって静磁場を掃引して、ESR現象が起きれば、マイクロ波が吸収されて空胴共振器のQ値が変化し、マッチングのバランスが崩れて、空胴共振器5からの反射波を生じる。この反射波は、サーキュレータ3を介してマイクロ波検出器7に送られて位相検出される。この位相検波を行なう目的で、方向性結合器2によって分岐されたマイクロ波発振器1のマイクロ波電力の一部は、バイパス線路に設けられた移相器8で位相を調整された後、マイクロ波検出器7に入力される。
A
このバイパス線路は、空胴共振器5から反射されるマイクロ波電力の大小に関わらず、マイクロ波検出器7の動作レベルを一定に保つ目的で設けられており、マイクロ波検出器8における一種のバイアス電力に相当するものである。
This bypass line is provided for the purpose of keeping the operating level of the
試料6によるマイクロ波の吸収信号は、位相検波された後、前置増幅器9、パンドパスフィルタ10、増幅器11を通って、図示しない記録計に記録される。
The microwave absorption signal from the
このような測定においては、空胴共振器5に供給されるマイクロ波の周波数が、空胴共振器5の共振周波数と常に一致していて、余計な反射波が生じないように絶えず制御されている必要がある。このため、通常の反射型ESR装置には、仮に空胴共振器5の共振周波数が温度変化などの環境変化に伴ってドリフトを起こしても、それに追従してマイクロ波周波数が自動的に変化して行くような機能が与えられている。それを、AFC(自動周波数制御)と呼んでいる。
In such measurement, the frequency of the microwave supplied to the
AFCを図4に基づいて説明すれば、次のようなものである。まず、70kHzの変調用発振器12から増幅器13を介してマイクロ波発振器1に変調成分を供給する。これに基づいて、マイクロ波自身に70kHzの周波数変調(FM)が与えられ、変調されたマイクロ波が空胴共振器5に供給される。
The AFC will be described with reference to FIG. First, a modulation component is supplied from the 70
その結果、図2に示すように、マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数と一致している場合(状態C)には、マイクロ波の反射波に振幅の極めて小さな70kHz成分が重畳されるのみである。ところが、マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数から少しずれている場合(状態B、D)には、マイクロ波の反射波に振幅の極めて大きな70kHz成分が重畳される。マイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数に対して高い方にずれているのか、それとも低い方にずれているのかは、70kHz成分の位相から判断することができる。
As a result, as shown in FIG. 2, when the microwave frequency matches the resonance frequency of the cavity 5 (state C), a 70 kHz component having a very small amplitude is superimposed on the reflected wave of the microwave. Only. However, when the microwave frequency is slightly shifted from the resonance frequency of the cavity resonator 5 (states B and D), a 70 kHz component having a very large amplitude is superimposed on the reflected wave of the microwave. It can be determined from the phase of the 70 kHz component whether the microwave frequency is shifted higher or lower than the resonant frequency of the
この70kHz成分を含んだ反射マイクロ波をマイクロ波検出器7で検出し、前置増幅器9で増幅後、70kHz用バンドパスフィルタ14、増幅器15を介して位相検波器16で70kHz成分の位相検波を行なう。
The reflected microwave including the 70 kHz component is detected by the
こうして位相検波され、直流成分として得られる70kHz成分が最もゼロに近くなるように、ローパスフィルタ17と加算器18を介して、マイクロ波発振器1にフィードバックさせる。マイクロ波発振器1の空洞部にはバラクターダイオード(電圧可変容量素子)が仕込まれていて、フィードバックされたDC電圧の大きさに見合った量のマイクロ波周波数変化を起こさせることができる。これにより、空胴共振器5のドリフトなどによってマイクロ波周波数が空胴共振器5の共振周波数からのずれを生じても、そのずれに追従して自動的にマイクロ波周波数を制御することができる。
The phase is detected in this way, and the 70 kHz component obtained as a direct current component is fed back to the
マイクロ波発振器1の共振周波数の変動分Δνは、周波数カウンター20によって計測される。この計測結果は、コントローラ21において、下記の共鳴条件式(1)に基づいて、ESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分ΔHに換算される。
The variation Δν of the resonance frequency of the
ΔH=(h・Δν)/(gβ)……………(1)
ここでΔHは共鳴磁場のずれ分、hはプランク定数、Δνは共振周波数の変動分、gはESRスペクトルのg値、βはボーア磁子である。そして、そのESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分に相当する電流を、電流制御回路19で加算して、電磁石に供給する。これにより、ESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分が静磁場に重畳されて試料に印加され、ESRスペクトルの見かけ上の共鳴位置は、位置ずれを生じない。
ΔH = (h · Δν) / (gβ) (1)
Where ΔH is the resonance magnetic field deviation, h is the Planck constant, Δν is the resonance frequency fluctuation, g is the g value of the ESR spectrum, and β is the Bohr magneton. Then, a current corresponding to the deviation of the resonance magnetic field in the ESR spectrum is added by the
上記実施例では、空胴共振器を使用したが、空胴共振器の代わりに、ループギャップ共振器や誘電体共振器を使用しても良い。また、マイクロ波の代わりに、UHFなどのラジオ波、Vバンドなどのミリ波、300GHz以上のサブミリ波などを用いても良い。ただし、Vバンドなどのミリ波、300GHz以上のサブミリ波などを用いる場合には、静磁場発生源として超伝導磁石が使用されるので、静磁場に重畳させる補正磁場を与える電磁石を、予め超伝導磁石のボア内に設置しておく必要がある。 In the above embodiment, a cavity resonator is used, but a loop gap resonator or a dielectric resonator may be used instead of the cavity resonator. Further, instead of the microwave, a radio wave such as UHF, a millimeter wave such as a V band, a submillimeter wave of 300 GHz or more, or the like may be used. However, when using millimeter waves such as V-band, sub-millimeter waves of 300 GHz or more, etc., a superconducting magnet is used as a static magnetic field generation source. Must be installed in the bore of the magnet.
ESR装置に広く利用できる。 Widely applicable to ESR devices.
1:マイクロ波発振器、2:方向性結合器、3:サーキュレータ、4:磁極、5:空胴共振器、6:試料、7:マイクロ波検出器、8:移相器、9:前置増幅器、10:バンドパスフィルタ、11:増幅器、12:変調用発振器、13:増幅器、14:バンドパスフィルタ、15:増幅器、16:位相検波器、17:ローパスフィルタ、18:加算器、19:電流制御回路、20:周波数カウンター、21コントローラ 1: microwave oscillator, 2: directional coupler, 3: circulator, 4: magnetic pole, 5: cavity resonator, 6: sample, 7: microwave detector, 8: phase shifter, 9: preamplifier 10: band pass filter, 11: amplifier, 12: modulation oscillator, 13: amplifier, 14: band pass filter, 15: amplifier, 16: phase detector, 17: low pass filter, 18: adder, 19: current Control circuit, 20: frequency counter, 21 controller
Claims (3)
該ESR装置は、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトによる周波数変動分を前記高周波発振器にフィードバックさせ、前記高周波発振器側の発振周波数を前記高周波共振器の共振周波数に合わせて自動補正するAFC回路を備えるとともに、
該AFC回路の出力の一部を、前記静磁場を制御している磁場制御回路にもフィードバックさせ、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトに伴うESRスペクトルの共鳴磁場のずれを補正するようにしたことを特徴とするESR装置。 In an ESR apparatus in which a sample is placed in a high-frequency resonator placed in a static magnetic field, and the ESR spectrum is measured by sweeping and controlling the static magnetic field strength.
The ESR device includes an AFC circuit that feeds back a frequency fluctuation caused by a drift in the resonance frequency of the high-frequency resonator to the high-frequency oscillator and automatically corrects the oscillation frequency on the high-frequency oscillator side according to the resonance frequency of the high-frequency resonator. As well as
A part of the output of the AFC circuit is also fed back to the magnetic field control circuit that controls the static magnetic field, thereby correcting the deviation of the resonant magnetic field of the ESR spectrum accompanying the drift of the resonant frequency of the high frequency resonator. An ESR device characterized by that.
該ESR装置は、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトによる周波数変動分を前記高周波発振器にフィードバックさせ、前記高周波発振器側の発振周波数を前記高周波共振器の共振周波数に合わせて自動補正するAFC回路を備えるとともに、
該AFC回路によって自動補正された高周波発振器の発振周波数を読み取って、周波数変動分からESRスペクトルの共鳴磁場のずれ分を計算し、該計算結果に基づいて前記静磁場を制御している磁場制御回路を制御して、前記高周波共振器の共振周波数のドリフトに伴うESRスペクトルの共鳴磁場のずれを補正するようにしたことを特徴とするESR装置。 In an ESR apparatus in which a sample is placed in a high-frequency resonator placed in a static magnetic field, and the ESR spectrum is measured by sweeping and controlling the static magnetic field strength.
The ESR device includes an AFC circuit that feeds back a frequency fluctuation caused by a drift in the resonance frequency of the high-frequency resonator to the high-frequency oscillator and automatically corrects the oscillation frequency on the high-frequency oscillator side according to the resonance frequency of the high-frequency resonator. As well as
A magnetic field control circuit that reads the oscillation frequency of the high-frequency oscillator automatically corrected by the AFC circuit, calculates the deviation of the resonant magnetic field of the ESR spectrum from the frequency fluctuation, and controls the static magnetic field based on the calculation result An ESR apparatus characterized by being controlled to correct a shift of a resonance magnetic field of an ESR spectrum accompanying a drift of a resonance frequency of the high-frequency resonator.
ΔH=(h・Δν)/(gβ)
に基づいて行なわれることを特徴とする請求項2記載のESR装置。ただし、ΔHは共鳴磁場のずれ分、hはプランク定数、Δνは共振周波数の変動分、gはESRスペクトルのg値、βはボーア磁子。 The calculation is performed using the following ESR resonance conditional expression:
ΔH = (h · Δν) / (gβ)
The ESR apparatus according to claim 2, wherein the ESR apparatus is performed based on: Where ΔH is the resonance magnetic field deviation, h is the Planck constant, Δν is the resonance frequency variation, g is the g value of the ESR spectrum, and β is the Bohr magneton.
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JP2007013379A JP2008180569A (en) | 2007-01-24 | 2007-01-24 | Esr device |
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JP2007013379A JP2008180569A (en) | 2007-01-24 | 2007-01-24 | Esr device |
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2007
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