RU127469U1

RU127469U1 - ELECTRON PARAMAGNETIC RESONANCE SPECTROMETER

Info

Publication number: RU127469U1
Application number: RU2012150454/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Викторович Богачев; Валерий Залманович Драпкин; Михаил Николаевич Князев
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-04-27

Abstract

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий корпус, блок питания, блок СВЧ, выход которого соединен со входом блока управления и регистрации сигнала электронного парамагнитного резонатора (ЭПР), выход которого соединен со входом усилителя мощности высокочастотной модуляции, и отдельно установленный электромагнит, в зазоре которого параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки высокочастотной модуляции, подключенные к выходу усилителя мощности высокочастотной модуляции, и рабочий резонатор, соединенный через волновод с блоком СВЧ, который помещен в отдельный корпус, в стенке которого выполнено отверстие, через которое проходит волновод, торцевой фланец которого соединен с торцевым фланцем волновода, соединенного с рабочим резонатором, отличающийся тем, что в схему спектрометра введен облучатель, соединенный с помощью световода с отверстием, диаметр которого равен диаметру световода, и оно сделано в стенке рабочего резонатора, противоположной той, к которой подсоединен волновод так, что оно расположено напротив центра полости резонатораAn electron paramagnetic resonance spectrometer comprising a housing, a power supply unit, a microwave unit, the output of which is connected to an input of a control unit and registering an electronic paramagnetic resonator (EPR) signal, the output of which is connected to an input of a high-frequency modulation power amplifier, and a separately installed electromagnet, in the gap of which is parallel high-frequency modulation coils connected to the output of the high-frequency modulation power amplifier, and a working resonator connected to its pole pieces through a waveguide with a microwave unit, which is placed in a separate housing, in the wall of which a hole is made through which a waveguide passes, the end flange of which is connected to the end flange of the waveguide connected to the working resonator, characterized in that an irradiator connected to the spectrometer is connected a fiber with a hole whose diameter is equal to the diameter of the fiber, and it is made in the wall of the working resonator opposite to that to which the waveguide is connected so that it is located opposite the center of the cavity of the resonator but

Description

Полезная модель относится к классу малогабаритных спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может найти применение при исследованиях методом ЭПР в физике, химии, биологии, геологии, медицине и других областях. Он может быть использован как в научных целях, так и в промышленности при контроле технологических процессов, например для измерения состава вещества.The utility model belongs to the class of small-sized electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometers and can be used in EPR studies in physics, chemistry, biology, geology, medicine and other fields. It can be used both for scientific purposes and in industry for the control of technological processes, for example, for measuring the composition of a substance.

Принцип действия любого спектрометра ЭПР основан на использовании эффекта поглощения парамагнитным веществом энергии сверхвысокочастотного (СВЧ) поля в условиях электронного парамагнитного резонанса, возникающего при одновременном воздействии на исследуемое вещество поляризующего магнитного поля определенной напряженности и СВЧ-поля определенной частоты (Спектрометр ЭПР фирмы Advanced analytical instruments PS 100 X).The principle of operation of any EPR spectrometer is based on the use of the effect of absorption of microwave energy by a paramagnetic substance under conditions of electron paramagnetic resonance that occurs when a polarizing magnetic field of a certain intensity and a microwave field of a certain frequency are exposed to a test substance (EPR Spectrometer from Advanced analytical instruments PS 100 X).

Для реализации этого принципа действия спектрометры ЭПР содержат корпус, блок питания, блок СВЧ, содержащий генератор колебаний СВЧ с элементом перестройки частоты и аттенюатор и помещенный в отдельный корпус, выход которого соединен со входом блока управления и регистрации сигнала ЭПР, и отдельно установленный электромагнит, в зазоре которого параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки высокочастотной модуляции, подключенные к выходу усилителя мощности высокочастотной модуляции, и рабочий резонатор, соединенный с блоком СВЧ через волновод, проходящий через отверстие в корпусе блока СВЧ (Патент РФ №51227 «Спектрометр электронного парамагнитного резонанса»). Последний спектрометр выбран в качестве прототипа.To implement this principle of operation, EPR spectrometers contain a housing, a power supply unit, a microwave unit containing a microwave oscillator with a frequency tuning element and an attenuator and placed in a separate housing, the output of which is connected to the input of the EPR signal control and registration unit, and a separately installed electromagnet the gap of which parallel to its pole pieces are placed high-frequency modulation coils connected to the output of the high-frequency modulation power amplifier, and a working resonator connected to the block Microwave through a waveguide extending through the opening in the housing ( "Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer" Russian patent №51227) RFU. The last spectrometer is selected as a prototype.

В известном спектрометре ЭПР СВЧ-колебания по волноводу подводятся к рабочему резонатору, в котором предварительно устанавливается исследуемый парамагнитный образец. При линейном изменении напряженности магнитного поля в момент появления резонанса часть СВЧ-мощности в резонаторе будет поглощена образцом. Это приводит к изменению добротности резонатора, вследствие чего происходит изменение коэффициента отражения, что регистрируется микроволновым детектором в виде сигнала ЭПР. Дополнительная высокочастотная модуляция позволяет уменьшить шумы приемного канала.In the well-known EPR spectrometer, microwave oscillations are fed through a waveguide to a working resonator, in which the studied paramagnetic sample is pre-installed. With a linear change in the magnetic field at the moment of resonance, part of the microwave power in the cavity will be absorbed by the sample. This leads to a change in the quality factor of the resonator, as a result of which a change in the reflection coefficient occurs, which is recorded by the microwave detector as an EPR signal. Additional high-frequency modulation reduces the noise of the receiving channel.

Для исследования методом ЭПР фоточувствительных образцов, у которых параметры спектра ЭПР зависят от дозы полученного облучения светом, исследуемый образец при изменении дозы облучения вынимают из резонатора, облучают в облучателе и снова вставляют в резонатор для снятия спектра ЭПР, параметры которого соответствуют полученной дозе облучения. Указанная процедура повторяется при изучении зависимости параметров спектра ЭПР фоточувствительных образцов от дозы облучения.For EPR studies of photosensitive samples, in which the EPR spectrum parameters depend on the dose of the received radiation, the studied sample is removed from the resonator when the radiation dose is changed, irradiated in the irradiator and reinserted into the resonator to record the EPR spectrum, the parameters of which correspond to the received radiation dose. The indicated procedure is repeated when studying the dependence of the parameters of the EPR spectrum of photosensitive samples on the radiation dose.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание спектрометра ЭПР, в котором облучение образца светом производится непосредственно в полости рабочего резонатора, т.е. без извлечения образца из резонатора.The task to which the proposed utility model is directed is to create an EPR spectrometer in which the sample is irradiated with light directly in the cavity of the working resonator, i.e. without removing the sample from the resonator.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является сокращение времени и упрощение процедуры исследования фоточувствительных образцов, в том числе, и образцов в которых в результате облучения возникают короткоживущие фотоиндуцированные парамагнитные центры.The technical result of the proposed utility model is to reduce the time and simplify the study of photosensitive samples, including samples in which short-lived photo-induced paramagnetic centers arise as a result of irradiation.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая полезная модель, как и известный спектрометр ЭПР содержит корпус, блок питания, блок СВЧ, выход которого соединен со входом блока управления и регистрации сигнала ЭПР, выход которого соединен со входом усилителя мощности высокочастотной модуляции и отдельно установленный электромагнит, в зазоре которого параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки высокочастотной модуляции, подключенные к выходу усилителя мощности высокочастотной модуляции, и рабочий резонатор, соединенный через волновод с блоком СВЧ, который помещен в отдельный корпус, в стенке которого выполнено отверстие, через которое проходит волновод, торцевой фланец которого соединен с торцевым фланцем волновода, соединенного с рабочим резонатором, Но, в отличии от известного, в предлагаемый спектрометр введен облучатель, соединенный с помощью световода с отверстием, диметр которого равен диаметру световода и оно сделанно в стенке рабочего резонатора, противоположной той, к которой подсоединен волновод так, что оно расположено напротив центра полости резонатораThe problem is solved due to the fact that the proposed utility model, like the well-known EPR spectrometer, contains a housing, a power supply, a microwave unit, the output of which is connected to the input of the EPR signal control and registration unit, the output of which is connected to the input of a high-frequency modulation power amplifier and is separately installed an electromagnet in the gap of which parallel to its pole tips are placed high-frequency modulation coils connected to the output of a high-frequency modulation power amplifier, and a working resonator, with United through a waveguide with a microwave unit, which is placed in a separate housing, in the wall of which a hole is made through which a waveguide passes, the end flange of which is connected to the end flange of the waveguide connected to the working resonator, But, unlike the known one, an irradiator is introduced into the proposed spectrometer connected by means of a fiber with a hole whose diameter is equal to the diameter of the fiber and it is made in the wall of the working resonator opposite to that to which the waveguide is connected so that it is located opposite center cavity

За счет того, что в спектрометр введен облучатель, соединенный световодом с отверстием в стенке рабочего резонатора, создается возможность облучения светом измеряемого образца, расположенного непосредственно в полости рабочего резонатора, и тем самым сокращается время и упрощается процедура исследования фоточувствительных образцов, т.к. облучение измеряемого образца различными дозами можно производить без извлечения образца из резонатора, помещения его в облучатель и последующего помещения образца в резонатор для снятия спектра ЭПР..Due to the fact that an irradiator is connected to the spectrometer and is connected to the hole in the wall of the working resonator by the light guide, it is possible to irradiate the light of the measured sample located directly in the cavity of the working resonator, thereby shortening the time and simplifying the study of photosensitive samples, because irradiation of the measured sample with various doses can be carried out without removing the sample from the resonator, placing it in the irradiator and then placing the sample in the resonator to record the EPR spectrum ..

Облучения светом измеряемого образца, расположенного непосредственно в полости рабочего резонатора решает еще одну задачу: измерять изменение концентрации короткоживущих фотоиндуцированных парамагнитных центров, т.к. обеспечивается возможность снятия зависимости амплитуды сигнала ЭПР фоточувствительного образца от дозы получаемого им облучения.Irradiation with light of a measured sample located directly in the cavity of the working resonator solves one more problem: measure the change in the concentration of short-lived photoinduced paramagnetic centers, because it is possible to remove the dependence of the amplitude of the EPR signal of the photosensitive sample on the dose of the radiation it receives.

Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated in the drawing.

Приведенная конструкция спектрометра ЭПР содержит размещенные в корпусе 1 блок питания 2. Рабочий резонатор 3 помещен в зазор электромагнита 4, установленного отдельно. Также в зазоре электромагнита, параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки 5 высокочастотной модуляции, которые соединены с усилителем 6 мощности высокочастотной модуляции, установленным в корпусе. Также в корпусе 1 размещен блок 7 управления и регистрации сигнала ЭПР. Блок СВЧ 8 помещен в корпус 9. Часть волновода 10, которая соединена с блоком СВЧ 8 и часть волновода 10, которая соединена с рабочим резонатором 3 соединены друг с другом торцевыми фланцами 11. Облучатель 13 соединен сотверстием в стенке резонатора 3 с помощью световода 12. Приведенная схема прибора иллюстрирует возможность облучения светом измеряемого образца при его расположении непосредственно в полости резонатора, т.е. достигается сокращение времени и упрощение процедуры исследования фоточувствительных образцов, в том числе, и образцов в которых в результате облучения возникают короткоживущие фотоиндуцированные парамагнитные центры.The design of the EPR spectrometer contains a power supply 2 located in the housing 1. The working resonator 3 is placed in the gap of the electromagnet 4, which is installed separately. Also in the gap of the electromagnet, parallel to its pole pieces are placed high-frequency modulation coils 5, which are connected to a high-frequency modulation power amplifier 6 installed in the housing. Also in the housing 1 is placed block 7 control and registration of the EPR signal. The microwave unit 8 is placed in the housing 9. The part of the waveguide 10, which is connected to the microwave unit 8, and the part of the waveguide 10, which is connected to the working resonator 3 are connected to each other by end flanges 11. The irradiator 13 is connected by a hole in the wall of the resonator 3 using the light guide 12. The presented device diagram illustrates the possibility of irradiation with light of the measured sample when it is located directly in the cavity of the resonator, i.e. time reduction and simplification of the study of photosensitive samples, including those in which short-lived photoinduced paramagnetic centers arise as a result of irradiation, are achieved.

Claims

An electron paramagnetic resonance spectrometer comprising a housing, a power supply unit, a microwave unit, the output of which is connected to an input of a control unit and registering an electronic paramagnetic resonator (EPR) signal, the output of which is connected to an input of a high-frequency modulation power amplifier, and a separately installed electromagnet, in the gap of which is parallel high-frequency modulation coils connected to the output of the high-frequency modulation power amplifier, and a working resonator connected to its pole pieces through a waveguide with a microwave unit, which is placed in a separate housing, in the wall of which a hole is made through which a waveguide passes, the end flange of which is connected to the end flange of the waveguide connected to the working resonator, characterized in that an irradiator connected to the spectrometer is connected a fiber with a hole whose diameter is equal to the diameter of the fiber, and it is made in the wall of the working resonator, opposite to that to which the waveguide is connected so that it is located opposite the center of the cavity of the resonator but