RU2602425C1 - Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance - Google Patents

Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance Download PDF

Info

Publication number
RU2602425C1
RU2602425C1 RU2015146581/28A RU2015146581A RU2602425C1 RU 2602425 C1 RU2602425 C1 RU 2602425C1 RU 2015146581/28 A RU2015146581/28 A RU 2015146581/28A RU 2015146581 A RU2015146581 A RU 2015146581A RU 2602425 C1 RU2602425 C1 RU 2602425C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
nuclear
resonance
receiving channel
excitation
Prior art date
Application number
RU2015146581/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Федотов
Евгений Федорович Кондратьев
Сергей Петрович Кшевецкий
Алексей Владимирович Федотов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
Priority to RU2015146581/28A priority Critical patent/RU2602425C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2602425C1 publication Critical patent/RU2602425C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/12Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using double resonance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance. Essence of invention is that an object, placed in a coil of an oscillating circuit, is exposed to modulated shortwave radiation of a generator. Shortwave radiation is modulated with radio-frequency (RF) pulses formed in transmitting channel, filling frequency of which is determined by NMR or NQR frequency. Disclosed solution does not use pulses of exciting electromagnetic field directly at nuclear resonance frequency. Nuclear resonance signals induced in oscillatory circuit are transmitted to input of receiving channel. After amplification and conversion in receiving channel signals are transmitted to input of microprocessor controller, processed therein and displayed on an indicator (display).
EFFECT: enabling reduction of transient processes in oscillatory circuit and therefore increase in sensitivity of device.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоспектроскопии ядерного магнитного (ЯМР) и ядерного квадрупольного (ЯКР) резонансов. Предложена система возбуждения и детектирования ЯМР и ЯКР. Возбуждение производится посредством воздействия на объект пучком коротковолнового излучения (например, миллиметрового сверхвысокочастотного (СВЧ)), модулированного радиочастотными (РЧ) импульсами с заполнением, совпадающим с частотами ЯМР или ЯКР. Приемная катушка индуктивности может быть намотана на объект или находиться вблизи объекта. Устройство спектрометра ЯМР отличается от спектрометра ЯКР только наличием системы для создания однородного постоянного магнитного поля в области объекта [1], которая не рассматривается в заявленном техническом решении.The invention relates to the field of nuclear magnetic spectroscopy (NMR) and nuclear quadrupole (NQR) resonances. A system for the excitation and detection of NMR and NQR is proposed. Excitation is performed by exposing the object to a beam of short-wave radiation (for example, millimeter-wave microwave), modulated by radio-frequency (RF) pulses with a filling that matches the frequencies of NMR or NQR. A receiving inductor can be wound around the object or located near the object. The device of the NMR spectrometer differs from the NQR spectrometer only in the presence of a system for creating a uniform constant magnetic field in the area of the object [1], which is not considered in the claimed technical solution.

Существует источник информации [2], согласно которому известно использование двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР) (стр. 12) и использование спектрометра электронно-парамагнитного резонанса (ЭПР) (стр. 25). Причем для ДЭЯР присуще использование СВЧ-излучения миллиметрового диапазона, которое модулируют передающим каналом с частотой ЯКР, который является разновидностью ЯМР. В ДЭЯР воздействуют резонансно как на электронную, так и на ядерную системы. В указанном аналоге исследуют влияние ядерной системы на электронную и, наоборот, электронной на ядерную только при наличии парамагнетизма.There is a source of information [2], according to which the use of double electron-nuclear resonance (DECR) is known (p. 12) and the use of an electron-paramagnetic resonance (EPR) spectrometer (p. 25). Moreover, the use of microwave radiation of the millimeter range, which is modulated by a transmitting channel with a NQR frequency, which is a type of NMR, is inherent in DEYAR. In DEYAR they act resonantly on both electronic and nuclear systems. In this analogue, the effect of a nuclear system on the electronic and, conversely, electronic on the nuclear, is studied only in the presence of paramagnetism.

Недостатком описанного устройства является то, что воздействие производится только на резонансных частотах (ДЯЭР, ЭПР) и только при наличии парамагнетизма.The disadvantage of the described device is that the effect is performed only at resonant frequencies (DYaER, EPR) and only in the presence of paramagnetism.

Близким по техническому решению (прототипом) является «System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff» US Pat. 5592083 [3]. Устройство содержит формирователь РЧ импульсов, нагруженный на колебательный контур, в состав которого входит приемо-передающая катушка индуктивности, куда помещается исследуемый объект; приемный канал, индикатор (дисплей) и микропроцессорная система, управляющая формирователем РЧ импульсов, приемным каналом и индикатором. В устройстве мощные радиочастотные импульсы оказывают огромное негативное влияние на приемный канал, вызывая переходные процессы, сильно уменьшающие чувствительность метода.A close technical solution (prototype) is “System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff” US Pat. 5592083 [3]. The device contains an RF pulse shaper loaded on an oscillatory circuit, which includes a transceiver inductance coil, where the object under study is placed; a receiving channel, an indicator (display), and a microprocessor system controlling an RF pulse shaper, a receiving channel, and an indicator. In the device, powerful radio frequency pulses have a huge negative effect on the receiving channel, causing transients that greatly reduce the sensitivity of the method.

Недостатком прототипа является то, что в нем мощные радиочастотные импульсы оказывают негативное влияние на приемную катушку и приемный канал, вызывая переходные процессы, сильно уменьшающие чувствительность метода, а также то, что воздействие производится только на резонансной частоте ЯКР, совпадающей с резонансной частотой приемного контура (антенны).The disadvantage of the prototype is that in it powerful radio-frequency pulses have a negative effect on the receiving coil and the receiving channel, causing transients that greatly reduce the sensitivity of the method, and also that the effect is performed only at the resonant frequency of the NQR, which coincides with the resonant frequency of the receiving circuit ( antennas).

Задачей заявляемого изобретения является исключение влияния мощных радиочастотных импульсов на приемную катушку и приемный канал за счет воздействия на исследуемый объект СВЧ импульсами с частотой повторения, равной частоте ядерного резонанса, а частота заполнения импульсов находится вне ядерного резонанса.The objective of the invention is to eliminate the influence of powerful radio frequency pulses on the receiving coil and the receiving channel due to exposure to the object under study with microwave pulses with a repetition frequency equal to the frequency of nuclear resonance, and the pulse filling frequency is outside nuclear resonance.

Поставленная задача решается тем, что в способе возбуждения и детектирования ядерного магнитного и квадрупольного резонансов, заключающемся в использовании методов ядерного магнитного и квадрупольного резонансов, согласно изобретению объект облучают коротковолновым излучением (например, миллиметровым СВЧ), причем СВЧ-колебания которого, не совпадающие с каким-либо резонансом, модулируются радиочастотными импульсами, сформированными передающим каналом, с частотой заполнения, совпадающей с частотой ядерного резонанса, то есть исследуемый объект облучают порциями СВЧ-колебаний с частотой повторения, совпадающей с частотой ядерного резонанса, а сигналы, излучаемые объектом и наведенные в колебательном контуре, преобразуются приемным каналом, обрабатываются в микропроцессорном контроллере и отображаются на дисплее.The problem is solved in that in the method of excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonances, which consists in using methods of nuclear magnetic and quadrupole resonances, according to the invention, the object is irradiated with short-wave radiation (for example, millimeter-wave microwave), the microwave oscillations of which do not coincide with which either by resonance, they are modulated by radio-frequency pulses formed by the transmitting channel, with a filling frequency coinciding with the frequency of nuclear resonance, i.e. The object being irradiated is irradiated with portions of microwave oscillations with a repetition frequency coinciding with the nuclear resonance frequency, and the signals emitted by the object and induced in the oscillatory circuit are converted by the receiving channel, processed in the microprocessor controller, and displayed on the display.

Для осуществления заявляемого способа предлагается устройство (Фиг. 1), которое содержит передающий канал 1, формирующий РЧ импульсы, резонансный колебательный контур 3, в состав которого входит катушка индуктивности, куда помещается исследуемый объект, подключенный к входу приемного канала 4, микропроцессорную систему (контроллер) 5 и индикатор (дисплей) 6, где дополнительно введен генератор СВЧ-излучения 2, колебания которого модулируется радиочастотными импульсами, сформированными передающим каналом 1. Сигнал, наведенный в катушке индуктивности колебательного контура 3, усиливается и детектируется приемным каналом 4, преобразуется в микропроцессорном контроллере 5 и отображается на индикаторе (дисплее) 6.To implement the proposed method, a device is proposed (Fig. 1), which contains a transmitting channel 1 that generates RF pulses, a resonant oscillating circuit 3, which includes an inductor, where the object under investigation is connected to the input of the receiving channel 4, a microprocessor system (controller ) 5 and indicator (display) 6, which additionally introduces a microwave radiation generator 2, the oscillations of which are modulated by radio-frequency pulses generated by the transmitting channel 1. The signal induced in the inductor coil ivnosti oscillation circuit 3, is amplified and detected by the receiving channel 4, is converted into a microprocessor controller 5 and displayed on the display (display) 6.

В заявляемом изобретении на ядерную систему воздействуют порциями СВЧ-энергии, частота колебаний которой не совпадает с каким-либо резонансом, а частота повторения порций совпадает с частотой ядерного резонанса. Другими словами, СВЧ-колебания модулируются радиочастотными импульсами, частота заполнения которых совпадает с частотой ядерного резонанса. В данном случае исследуют непосредственно реакцию ядерной системы (ядерный магнитный и квадрупольный резонансы) при взаимодействие ее с импульсным электромагнитным полем, частота СВЧ-колебаний которого находится далеко от резонанса (магнитного или квадрупольного), то есть передающая система не возбуждает переходные процессы в приемном канале на частоте ядерного резонанса. Другими словами, в заявленном решении не используются импульсы возбуждающего электромагнитного поля непосредственно на частоте ядерного резонанса.In the claimed invention, the nuclear system is affected by portions of microwave energy, the oscillation frequency of which does not coincide with any resonance, and the repetition frequency of the portions coincides with the frequency of nuclear resonance. In other words, microwave oscillations are modulated by radio frequency pulses, the filling frequency of which coincides with the frequency of nuclear resonance. In this case, the reaction of the nuclear system (nuclear magnetic and quadrupole resonances) is directly studied when it interacts with a pulsed electromagnetic field whose microwave frequency is far from the resonance (magnetic or quadrupole), that is, the transmitting system does not excite transient processes in the receiving channel on nuclear resonance frequency. In other words, the claimed solution does not use pulses of the exciting electromagnetic field directly at the nuclear resonance frequency.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет исключить влияние мощных радиочастотных импульсов на приемную катушку и приемный канал, уменьшить переходные процессы в колебательном контуре, что, в свою очередь, приводит к увеличению чувствительности устройства. Упрощается приемо-передающая система согласования катушек, куда помещается изучаемый объект, особенно в многочастотных экспериментах [4, 5].Thus, the claimed invention eliminates the influence of powerful radio frequency pulses on the receiving coil and the receiving channel, to reduce transients in the oscillatory circuit, which, in turn, leads to an increase in the sensitivity of the device. The transceiver matching system of coils is simplified, where the studied object is placed, especially in multi-frequency experiments [4, 5].

В устройстве, которое обеспечивает осуществление заявляемого способа, сформированные в передающем канале 1 РЧ импульсы, частота заполнения которых определяется частотой ЯМР или ЯКР, модулируют генератор 2 коротковолнового (СВЧ) излучения. На объект, помещенный в катушку колебательного контура 3, воздействуют этим модулированным коротковолновым излучением. Сигналы ядерного резонанса, наведенные в колебательном контуре 3, поступают на вход приемного канала 4. После усиления и преобразования в приемном канале 4 сигналы поступают на вход микропроцессорного контроллера 5, который управляет, в свою очередь, передающим и приемным каналами, преобразуются в нем и отображаются на индикаторе (дисплее) 6.In a device that provides the implementation of the proposed method, the RF pulses formed in the transmission channel 1, the filling frequency of which is determined by the frequency of NMR or NQR, modulate the generator 2 of short-wave (microwave) radiation. An object placed in the coil of the oscillating circuit 3 is affected by this modulated short-wave radiation. The nuclear resonance signals induced in the oscillatory circuit 3 are fed to the input of the receiving channel 4. After amplification and conversion in the receiving channel 4, the signals are fed to the input of the microprocessor controller 5, which controls, in turn, the transmit and receive channels, are converted into it and displayed on the indicator (display) 6.

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить чувствительность систем, использующих методы ЯМР и ЯКР, например магнитно-резонансной томографии.Using the claimed invention allows to increase the sensitivity of systems using NMR and NQR methods, for example magnetic resonance imaging.

Источники информацииInformation sources

1. Т. Фаррар, Э. Беккер. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения. Пер. с англ., т. 1-2, М., 1968-69.1. T. Farrar, E. Becker. High resolution NMR spectroscopy. Per. from English., t. 1-2, M., 1968-69.

2. В.Н. Седалищев. Физические основы получения информации. Ч. 3. Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении. Учебное пособие. Издательство Алт. ГТУ, 2012, с. 1-30.2. V.N. Sedalischev. The physical basis for obtaining information. Part 3. Modern fundamental and applied research in instrument making. Tutorial. Publishing house Alt. GTU, 2012, p. 1-30.

3. «System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff» Erik E. Magnuson et al., US Pat. 5592083 Jan. 7, 1997, Quantum Magnetics, Inc., San Diego, Calif.3. "System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff" Erik E. Magnuson et al., US Pat. 5592083 Jan. 7, 1997, Quantum Magnetics, Inc., San Diego, Calif.

4. Федотов В.В., Гречишкин В.С. Методика исследования слабых сигналов двухчастотного эха в ядерном квадрупольном резонансе / Журнал физической химии АН СССР, 1979, т. 43, № 1, с. 60-62.4. Fedotov V.V., Grechishkin V.S. A technique for studying weak signals of a two-frequency echo in nuclear quadrupole resonance / Journal of Physical Chemistry of the Academy of Sciences of the USSR, 1979, v. 43, No. 1, p. 60-62.

5. Патент №2289124 РФ, МКИ G01 22/04, G01 33/46. Способ детектирования и идентификации химических соединений / Мозжухин Г.В., Бодня А.В., Федотов В.В., заявл. 27.06.2005, опубл. 10.12.2006.5. Patent No. 2289124 of the Russian Federation, MKI G01 22/04, G01 33/46. The method of detection and identification of chemical compounds / Mozhuhin GV, Bodnya A.V., Fedotov V.V., decl. 06/27/2005, publ. 12/10/2006.

Claims (1)

Способ возбуждения и детектирования ядерного магнитного и квадрупольного резонансов, заключающийся в использовании методов ядерного магнитного и квадрупольного резонансов, отличающийся тем, что воздействие на ядерную систему объекта осуществляется посредством электромагнитного поля СВЧ с частотой электромагнитного поля СВЧ, которая не является резонансной, а порции СВЧ-энергии подаются с частотой ядерного резонанса, сигналы, излучаемые объектом, наведенные в колебательном контуре, поступают на вход приемного канала, с выхода которого поступают на вход микропроцессорного контроллера, преобразуются в нем и отображаются на дисплее. A method of excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonances, which consists in using nuclear magnetic and quadrupole resonance methods, characterized in that the object is affected by the microwave electromagnetic field with a microwave electromagnetic field frequency that is not resonant, but a portion of microwave energy are supplied with a nuclear resonance frequency, the signals emitted by the object, induced in the oscillatory circuit, are fed to the input of the receiving channel, from the output of which th input to the microprocessor, converted therein and displayed on the display.
RU2015146581/28A 2015-10-28 2015-10-28 Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance RU2602425C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146581/28A RU2602425C1 (en) 2015-10-28 2015-10-28 Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146581/28A RU2602425C1 (en) 2015-10-28 2015-10-28 Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2602425C1 true RU2602425C1 (en) 2016-11-20

Family

ID=57759930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015146581/28A RU2602425C1 (en) 2015-10-28 2015-10-28 Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2602425C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU868506A1 (en) * 1980-01-04 1981-09-30 Научно-Исследовательский Институт Радиофизики И Электроники Ан Усср Double electron-nuclear resonance spectrometer resonance system
US4887034A (en) * 1987-01-27 1989-12-12 National Research Development Corporation Methods and apparatus for detecting certain compounds
US5592083A (en) * 1995-03-08 1997-01-07 Quantum Magnetics, Inc. System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU868506A1 (en) * 1980-01-04 1981-09-30 Научно-Исследовательский Институт Радиофизики И Электроники Ан Усср Double electron-nuclear resonance spectrometer resonance system
US4887034A (en) * 1987-01-27 1989-12-12 National Research Development Corporation Methods and apparatus for detecting certain compounds
US5592083A (en) * 1995-03-08 1997-01-07 Quantum Magnetics, Inc. System and method for contraband detection using nuclear quadrupole resonance including a sheet coil and RF shielding via waveguide below cutoff

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.Н.Седалищев. Физические основы получения информации. Ч. 3. Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении. Учебное пособие. Издательство АлтГТУ, 2012, с. 1-30. *
Н.С.Зефиров. Химическая энциклопедия. Научное издательство "Большая Российская Энциклопедия", Москва, 1999, том 5, с. 450, 451. Е.С.Демидов, А.А.Ежевский, В.В.Карзанов. Магнитные резонансы в твердых телах. Учебно-методические материалы по программе повышения квалификации "Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем", Нижний Новгород, 2007, с. 6, 11, 52. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. Москва, Издательство Мир, 2003, с. 494-502, 531. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002516630A (en) Method and apparatus for nuclear quadrupole resonance testing samples
CN112698344B (en) Stepping frequency continuous wave distance measuring device and method based on rydberg atoms
KR102495322B1 (en) magnetic resonance imaging device
EP0711418B1 (en) Pulsed low frequency epr spectrometer and imager
US20130257431A1 (en) EPR Methods and Systems
JPS6444837A (en) Acquisition of image for indicating distribution of normally magnetic molecule in solution
RU2602425C1 (en) Method and device for excitation and detection of nuclear magnetic and quadrupole resonance
US8405393B2 (en) EPR using Frank sequence
US6472874B1 (en) EPR imaging device using microwave bridge translator
Hotra et al. Current status and development prospects of nuclear quadrupole resonance pulsed spectroscopy methods: A review
US20180259603A1 (en) Radio frequency antenna assembly for magnetic resonance image guided therapy
US10162025B2 (en) High-frequency coil for magnetic resonance imaging
US10684332B2 (en) Radio-frequency antenna system based on mode hybridisation for a nuclear magnetic resonance device
RU2244942C2 (en) Method of remote detecting material
RU2353922C1 (en) Method and device for scanning and local effect at investigated area in biological objects
RU41879U1 (en) REMOTE DETECTION DEVICE
Rudakov et al. Suppression of transient processes in the oscillatory circuit of the NQR spectrometer
RU107691U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE OPTIMAL VALUE OF THE PATIENT'S THERAPEUTIC FREQUENCY AT RESONANCE ACUPUNCTURE EHF-THERAPY
RU2161300C2 (en) Method for identification and device for detection of narcotics and explosives
Tokunaga et al. Construction of 0.15 tesla overhauser enhanced MRI
RU127469U1 (en) ELECTRON PARAMAGNETIC RESONANCE SPECTROMETER
RU2362150C2 (en) Method and device for scanning objects for presence of substances containing nuclei with quadrupole moment
RU2305849C1 (en) Method of remote exciting of magnetic resonance in substance
JPS61118649A (en) Nuclear magnetic resonance apparatus
JP2005055218A (en) Method for identifying/detecting substance using pulse nuclear quadrupole resonator and apparatus therefor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201029