RU175974U1 - Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли - Google Patents
Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли Download PDFInfo
- Publication number
- RU175974U1 RU175974U1 RU2017108656U RU2017108656U RU175974U1 RU 175974 U1 RU175974 U1 RU 175974U1 RU 2017108656 U RU2017108656 U RU 2017108656U RU 2017108656 U RU2017108656 U RU 2017108656U RU 175974 U1 RU175974 U1 RU 175974U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- nmr
- magnetic field
- frequency
- calibration
- Prior art date
Links
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 title claims 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 241001538234 Nala Species 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/46—NMR spectroscopy
- G01R33/465—NMR spectroscopy applied to biological material, e.g. in vitro testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, в частности к радиоэлектронике и регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР), может быть использована в устройствах ЯМР в условиях флуктуации внешнего магнитного поля, что позволяет производить накопление ЯМР-сигнала для выявления в спектрах органических жидкостей линий с очень малой амплитудой при анализе их молекулярной структуры. Принцип работы устройства состоит в оптимизации параметров квадратурного детектирования ЯМР-сигналов в условиях флуктуации внешнего магнитного поля для возможности накопления сигнала. Техническим результатом является повышение разрешения ЯМР-спектров при длительном накоплении сигнала за счет увеличения длительности опорного сигнала для квадратурного детектирования исследуемого ЯМР-сигнала и исключения влияния шумов датчика в конце калибровочного ЯМР-сигнала. Технический результат заявленной полезной модели достигается за счет новой схемы устройства с частотомером и генератором сигнала синусоидальной формы. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к радиоэлектронике и регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса (далее ЯМР), может быть использована в устройствах ЯМР в условиях флуктуации внешнего магнитного поля, что позволяет производить накопление ЯМР-сигнала для выявления в спектрах органических жидкостей линий с очень малой амплитудой при анализе их молекулярной структуры. Принцип работы устройства состоит в оптимизации параметров квадратурного детектирования ЯМР-сигналов в условиях флуктуации внешнего магнитного поля для возможности накопления сигнала.
Известно устройство для коррекции частоты ЯМР в спектрометрах с электромагнитом [1]. В устройство поступают два ЯМР-сигнала: один - от исследуемого образца, второй - с калибровочным образцом. Сначала регистрируется ЯМР-сигнал от калибровочного датчика, по которому измеряется величина внешнего магнитного поля, затем регистрируется ЯМР-сигнал от датчика с исследуемым образцом, полученный спектр корректируется по полученным данным от калибровочного датчика. Полученные таким образом спектры могут использоваться в методе накопления для увеличения отношения сигнала к шуму. Недостатком такого устройства является последовательность регистраций ЯМР-сигналов, разделенная временем, за которое величина поля, как в случае магнитного поля Земли внутри лаборатории, может значительно измениться.
Известно устройство, используемое для получения магнитно-резонансных изображений в земном магнитном поле с компенсацией флуктуации магнитного поля Земли [2], наиболее близкое к заявленной полезной модели, принятое в качестве прототипа. Принцип работы известного устройства-прототипа заключается в квадратурном детектировании ЯМР-сигнала от исследуемого образца с использованием ЯМР-сигнала от калибровочного датчика в качестве опорного сигнала. Заявленная полезная модель выполняет функции аналогичные функциям детекторного узла известного устройства, и, соответственно, имеет похожую структуру, а именно, на входы устройства поступают два ЯМР-сигнала, в качестве опорного сигнала при квадратурном детектировании исследуемого ЯМР-сигнала используется сигнал, сформированный по данным полученных из анализа калибровочного сигнала.
Недостатком известного устройства является получаемые широкие спектральные линии. Это обстоятельство приводит к потере информации при исследовании образцов с большими временами релаксации в однородном магнитном поле. Этот недостаток возникает за счет использования сигнала от калибровочного датчика в качестве опорного сигнала при детектировании исследуемого сигнала, что делает невозможным качественно детектировать продолжительные сигналы, используемые в ЯМР-спектроскопии высокого разрешения, даже при использовании специального фильтра, преобразующего экспоненциальный спад калибровочного ЯМР-сигнала в прямоугольный импульс с заполнением. Продолжительности такого сигнала достаточно для детектирования исследуемых ЯМР-сигналов, получаемых в магнитно-резонансной томографии, поскольку они значительно короче из-за используемых в экспериментах градиентов магнитных полей. Эксперименты, связанные со спектроскопией высокого разрешения проводятся при отсутствии градиентов, то есть в однородном магнитном поле Земли, в котором регистрируется и калибровочный ЯМР-сигнал. При этом длительности ЯМР-сигналов от обоих датчиков становится сравнимыми. В этом случае специальный фильтр для калибровочного сигнала, используемый в прототипе, приводит к потере информации о спектре из-за артефактов частоты в конце сигнала, вносимыми шумами датчика.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение разрешения ЯМР-спектров при длительном накоплении сигнала. Указанный технический результат достигается за счет реализации в заявленной полезной модели увеличения длительности опорного сигнала для квадратурного детектирования исследуемого ЯМР-сигнала исключением влияния шумов датчика в конце калибровочного ЯМР-сигнала. Такой результат является следствием нескольких факторов. Во-первых, калибровочный ЯМР-сигнал не используется в качестве опорного сигнала при детектировании, он анализируется для получения точного значения частоты сигнала. При этом используется только часть сигнала, в которой влияние шумов датчика незначительна. Во-вторых, опорный сигнал формируется генератором синусоидальной формы любой необходимой продолжительности, что, по сути, является идеальным условием для квадратурного детектирования.
Технический результат заявленной полезной модели достигается за счет оснащения устройства частотомером и генератором сигнала синусоидальной формы.
Сущность заявленной полезной модели поясняется Фиг. 1, на которой представлена схема заявленной полезной модели. Заявленная полезная модель состоит из корпуса (1) с двумя входами для исследуемого и калибровочного сигналов (2 и 3) с одной стороны и двумя выходами (4 и 5) для двух компонент исследуемого сигнала, внутри корпуса со стороны его входов расположены два блока амплитудно-цифровых преобразователей (6-7), каждый из которых подсоединен к соответствующему из двух блоков памяти (8-9), выход блока памяти канала исследуемого сигнала подсоединен ко входу квадратурного детектора (10), между квадратурным детектором (10) и блоком памяти в канале калибровочного сигнала (9) расположен блок частотомера (11), соединенный с блоком генератора (12), выходы которого соединены со входами квадратурного детектора (10).
Работа заявленной полезной модели осуществляется следующим образом. Оба ЯМР-сигнала переводятся в цифровой вид соответствующими АЦП (6, 7) и запоминаются в соответствующих блоках памяти (8, 9). Далее исследуемый сигнал из блока памяти (8) поступает в квадратурный детектор (10). Калибровочный сигнал из блока памяти (9) поступает в частотомер (11), где производится точный расчет частоты сигнала по участку сигнала, в котором влияние шумов минимально. Затем численное значение полученной частоты калибровочного сигнала подается в генератор (12), формирующий два синусоидальных сигнала с полученной частотой, являющихся комплексными дополнениями, которые подаются на квадратурный детектор (10). На выходах (4, 5) образуются комплексные дополнения продетектированного сигнала, готовые для процесса накопления сигнала и получения ЯМР-спектров высокого разрешения после преобразования Фурье.
На Фиг. 2 представлены схематически изображения сигналов и получаемых спектров в прототипе и заявленной модели. В прототипе: исследуемый (1а) и калибровочный сигналы (1б) с шумовой дорожкой в конце; калибровочный сигнал после обработки специальным фильтром (1г) имеет артефакты частоты ближе к концу сигнала из-за влияния шумов, но они не влияют на детектирование короткого исследуемого сигнала; широкая линия спектра, получившаяся после детектирования и преобразования Фурье (1в). Аналогично в заявленной полезной модели: исследуемый (2а) и калибровочный (2б) сигналы с продолжительностью одного порядка; гармонический сигнал (2г), выдаваемый генератором с частотой, полученной в результате обработки калибровочного сигнала в блоке частотомера; спектр высокого разрешения исследуемого сигнала (2в).
Заявленная полезная модель была апробирована в лабораторных условиях Санкт-Петербургского государственного университета (на физическом факультете на кафедре ядерно-физических методов исследования). Была подтверждена работоспособность заявленной полезной модели и достижение указанного технического результата.
Ниже приведен конкретный пример результатов апробации.
Измерение константы косвенного спин-спинового взаимодействия в триметилфосфате между протонами и ядрами углерода 13С естественного содержания методом ЯМР в земном поле. Объем исследуемого образца 130 мл. В спектре одиночного эксперимента выделяются две линии косвенного спин-спинового взаимодействия (КССВ) протонов с ядрами фосфора 31Р. Спектральные линии КССВ протонов с ядрами углерода 13С из-за его низкого природного содержания имеют амплитуду на два порядка меньше, чем линии взаимодействия с ядрами фосфора и не видны из-за шума. Для увеличения отношения сигнала к шуму применялся метод накопления сигнала, для чего необходима стабильность частоты ЯМР. В результате эксперимента со 100-кратным повторением на спектре возникли линии с амплитудой на два порядка меньшей, чем у линии от взаимодействия с фосфором на расстоянии 81.5 Гц от центра спектра. Таким образом, константа КССВ протонов с углеродом прямой связи равна 163 Гц, что подтверждает достижение указанного технического результата.
Используемые источники информации
1. Патент: WO2015116518-РАМРН-449
Claims (1)
- Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли, содержащее корпус с двумя входами для исследуемого и калибровочного сигналов с одной стороны и двумя выходами для двух компонент продетектированного исследуемого сигнала, внутри корпуса со стороны его входов расположены два блока амплитудно-цифровых преобразователей, каждый из которых подсоединен к соответствующему из двух блоков памяти, выход одного из которых подключен ко входу квадратурного детектора, расположенного со стороны выходов корпуса; между квадратурным детектором и блоком памяти в канале калибровочного сигнала расположен блок преобразования калибровочного сигнала, отличающееся тем, что в качестве блока преобразования калибровочного сигнала использованы последовательно расположенные со стороны блока памяти блок частотомера, соединенный с блоком генератора сигналов синусоидальной формы, выходы которого соединены со входами квадратурного детектора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108656U RU175974U1 (ru) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108656U RU175974U1 (ru) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU175974U1 true RU175974U1 (ru) | 2017-12-25 |
Family
ID=63853569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017108656U RU175974U1 (ru) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU175974U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1293595A1 (ru) * | 1985-03-14 | 1987-02-28 | Южное Отделение Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Геофизических Методов Разведки | Устройство возбуждени сигналов дерного магнитного резонанса в слабом магнитном поле |
US5528143A (en) * | 1993-06-24 | 1996-06-18 | Commissariat A L'energie Atomique | Loop oscillator NMR probe |
RU2457516C1 (ru) * | 2011-03-18 | 2012-07-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Устройство ядерно-магнитного резонанса в поле земли для исследования полноразмерных кернов |
-
2017
- 2017-03-15 RU RU2017108656U patent/RU175974U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1293595A1 (ru) * | 1985-03-14 | 1987-02-28 | Южное Отделение Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Геофизических Методов Разведки | Устройство возбуждени сигналов дерного магнитного резонанса в слабом магнитном поле |
US5528143A (en) * | 1993-06-24 | 1996-06-18 | Commissariat A L'energie Atomique | Loop oscillator NMR probe |
RU2457516C1 (ru) * | 2011-03-18 | 2012-07-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Устройство ядерно-магнитного резонанса в поле земли для исследования полноразмерных кернов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ales Mohoric, Gorazd Planinsic, Miha Kos, Andrej Duh, Janez Stepisnik "Magnetic Resonance Imaging System Based on Earth magnetic field" INSTRUMENTATION SCIENCE AND TECHNOLOGY, Vol. 32, No. 6, pp. 655-667, 2004. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Colnago et al. | Why is inline NMR rarely used as industrial sensor? Challenges and opportunities | |
Kaltschnee et al. | “Perfecting” pure shift HSQC: full homodecoupling for accurate and precise determination of heteronuclear couplings | |
Hinshaw et al. | An introduction to NMR imaging: From the Bloch equation to the imaging equation | |
US7378845B2 (en) | NMR methods for measuring fluid flow rates | |
Davydov et al. | A nuclear magnetic relaxometer for express testing of the condensed medium conditions | |
US5532593A (en) | Nuclear magnetic resonance imaging rheometer | |
CA2594954A1 (en) | Nuclear magnetic resonance measurement techniques in non-uniform fields | |
CN108761364B (zh) | 一种核磁共振弛豫分析仪锁场系统及其应用方法 | |
Zhang et al. | Spatially encoded ultrafast high-resolution 2D homonuclear correlation spectroscopy in inhomogeneous fields | |
CN1975395B (zh) | 改进核磁共振频谱分析中弱敏感原子核类探测的方法和装置 | |
US5363042A (en) | Methods for measurement of longitudinal spin relaxation times in moving liquids | |
RU175974U1 (ru) | Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли | |
Gupta et al. | Nuclear magnetic resonance of diatomic alkali molecules in optically pumped alkali vapors | |
RU2698532C2 (ru) | Устройство для регистрации спектров ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли | |
US3714551A (en) | Method for measuring the distribution of magnetic nuclear relaxation times | |
Pham et al. | Measurement of small one-bond proton–carbon residual dipolar coupling constants in partially oriented 13C natural abundance oligosaccharide samples: analysis of heteronuclear 1JCH-modulated spectra with the BIRD inversion pulse | |
MAILI | Enhanced effect of magnetic field gradients using multiple quantum NMR spectroscopy applied to self-diffusion coefficient measurement | |
US5387866A (en) | Methods for high-speed measurement of spin-lattice relaxation times | |
Valori et al. | Digital filters for low‐field NMR | |
Kazimierczuk et al. | Efficient compensation of low-frequency magnetic field disturbances in NMR with fluxgate sensors | |
RU2696370C1 (ru) | Способ измерения времени продольной релаксации в текущей среде | |
Liu et al. | A high precision proton magnetometer based on a multi-channel frequency measurement | |
Neronov et al. | Development and study of a pulsed magnetic induction meter based on nuclear magnetic resonance for high magnetic fields | |
CN110687156A (zh) | 一种可变场核磁共振系统及核磁共振信号测量方法 | |
Cudaj et al. | Medium resolution NMR at 20 MHz: Possibilities and challenges |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190417 Effective date: 20190417 |