SU1073655A1 - Анализатор концентрации парамагнитных центров - Google Patents

Abstract

АНАЛИЗАТОР КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ, содержащий электромагнит с блоксм управлени , измерительный резонатор с исследуемым и калибровочным образцами, блок СВЧ, подключенный к измерительному резонатору, блок регистрации и модул тор с катушками модул ции магнитного пол , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности анализа и сокращени  времени измерений , в него дополнительно введены второй модул тор с электродами дл  создани  модулирующего электрического пол  на калибровочном образце, второй блок регистрации и вычитающий усилитель, в качестве калибровочного образца вгодеио парамагнитное вещество , обладанжаа электрополевымэффектом , причем сигнальные входы первого и второго блоков регистрации соединены с выходок блока СВЧ, опорные S входы - с выходами первого и второго модул торов соответственно, а выхс i;V ды подключены к входам вычитающего усилителк.

Description

Изобретение относитс  к радио спектроскопии и может быть использо вано при разработке аппаратуры дл  количественного анализа веществ методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Известен анализатор концентрации веществ методом ЭПР, в котором исследуемый и калибровочный образцы помещают в один и тот же объем резо натора поочередно fl. Точность известного устройства ограничена погрешиостью,обусловленной изменением параметров измерител ного резонатора при смене образцов и временной нестабильностью коэффициента передачи системы регистрации Общее врем  измерени  включает врем раздельной регистрации спектров от исследуемого и калибровочного образ цов. Известное устройство не позвол ет осуществл ть непрерывный контроль концентрации исследуемого вещества . Наиболее близким к изобретению  вл етс  анализатор концентрации па рамагнитных центров, содержащий электромагнит с блоком управлени , измерительный резонатор с исследу.емым и калибровочным образцами, блок СВЧ, подключенный к измерительному резонатору, блок регистрации и моду л тор с катушками модул ции магнит ного пол  2 . Регистраци  сигналов ЭПР ведетс  на одной частоте модул ции, а устра нение перекрыти  спектров от исслед емого и калибровочного образцов осу ществл етс  соответствующим выбором д-фактора калибровочного образца. Т КИМ образом, спектры сигналов разде лены по полю, а, следовательно, и по времеЕ и регистрации. Недостатком известного устройства  вл етс  то, что из-за разнесени  регистрации спектров во времени точность измерени  концентрации остаетс  невысокой и обусловлена временной нестабильностью всей системы регистрации и нелинейностью развертки магнитного пол  в диапазоне регистрации спектров исследуемого и калибророчного образцов. Кроме того, последовательна  запись и обработка спектров увеличивает врем  измерени . Цель изобретени  - повышение точ ности анализа и сокращение времени измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в анализатор концентрации парамагнитных центров, содержащий электромагнит с блоком управлени ,, измерительный резонатор с исследуемым и калибровочным образцами, блок СВЧ, подключенныйк измерительному резонатору, блок регистрации и моду л тор с катушками модул ции магнит ного пол , дополнительно введены вт рой М.ОДУЛЯТОР с электродами дл  создани  модулирующего электрического пол  на калибровочном образце, второй блок регистрации и вычитающий усилитель, в качестве калибровочного образца введено парамагнитное вещество, обладающее электрополевым эффектом/ причем сиг:чальные входы первого и второго блокос регистрации соединены с выходом блока СВЧ, опорные входы соединены соответственно с выходами первогО и второго модул торов , а выходы подключены ко входам вычитающего усилител . На чертеже представлена блок-схема анализатора концентрации парамагнитных центров. Анализатор содержит электромагнит Iс блоком 2 управлени , измерительный резонатор 3 с исследуемым 4 и калибровочным 5 образцами, блок 6 СВЧ, модул тор 7 с катушками 8 модул ции магнитного пол , второй модул тор 9 с электродами 10 дл  создани  модулирующего электрического пол  калибровочном образце 5, блок IIрегистрации суммау ьюго сигнала ЭПР от исследуемого и калибровочного образцов на частоте модул ции магнитного пол  и второй блок 12 регистрации сигнала ЭПР от калибровочного образца на частоте моддул ции электрического пол . Сигнальные входы блоков 11 и 12 соединены с выходом блока СВЧ 6, опорные входы - с выходами модул торов 7 и 9, а выходы подключены ко входам вычитающего усилител  13, Анализатор работает следующим образом . Исследуемый 4 и калибровочный 5 образцы помещают в одну и ту же область измерительного резонатора 3, расположенного между полюсными наконечниками электромагнита 1, и облучают электромагнитным излучением от блока 6 СВЧ. Задание начального значени  магнитного пол  и его развертка осуществл етс  блоком 2 управлени . Модул ци  магнитного пол  на иссл€;дуемом и калибровочном образцах производитс  с помощью катушек модул ции 8, на которые подаетс  сигнал частоты LU с модул тора 7 магнитнох-о пол . Изменение магнитного пол  по времени на исследуемом и калибровочном образцах без учета развертки Мс;гНйтного пол  описываете   выражением H(t). U..t, амплитуда модул ции магнитного пол . Модулирующее магнитное поле частотой Ы прикладывают к калибровочному образцу 5 с (1щью электродов 10, соединенных с модул тором 9, ч-т с эквивалентно моцул гмп

пол  только на калибровочном образце по згжону

) Л(Е + i

)

где А - коэффициент, характеризующий смещение резонансного значени  магнитного пол  калибровочного образца при воздействии на него электрического п OJ1   ;

EQ - начальное значение напр женности электрического пол ; Е - амплитуда модул ции электрического пол .

Значение пол  EQ выбираетс  таким, чтобы совместить центры линий ЭПР исследуемого и калибровочного образцов .

Сумг.1арный сигнал ЭПР от исследуемого 4 и калибровочного 5 образцов на частоте модул ции w регистрируетс  блоком 11 регистрации, а сигнал ЭПР от калибровочного образца 5 на частоте модул ции w 12. Полученные сигналы поступают на входы вычитающего усилител  13, на выходе которого формируетс  сигнал только от исследуемого образца 4.

Преимуществом предлагаемого анализатора концентрации парамагнитных центров перед известным  вл етс  одновременна  регистраци  спектров исследуемого и калибровочного образцов Поэтому нестабильность резонансных условий и нестабильность коэффициентов передачи систем регистрации одинаковым образом сказываетс  на точности регистрации спектров этих образцов , чем достигаетс  более высока  точность анализа концентрации. Совмещение спектров исследуемого и

калибровочного образцов осуществл етс  путем прикладывани  к калибровочному образцу посто нного электрического пол  нужной величины.

Так как регистраци  спектров исследуемого и калибровочного образцов осуществл етс  одновременно и параллельно по двум каналам, а сравнение этих спектров производитс  в один и тот же момент времени, общее врем  измерени  концентрации сводитс  к минимуму. Это позвол ет производить непрерывный контроль концентрации парамагнитных центров в исследуемом образце,

Таким образом, в предлагаемом анализаторе концентрации за счет одновременной регистрации спектров ЭПР от исследуемого и калибровочного образцов, размещенных в одной рабочей области измерительного резонатора , повышаетс  точность анализа и сокращаетс  врем  измерени .

При реализации предложенного анализатора концентрации в качестве калибровочного образца используетс 

кристалл 7, Сг толщиной 10 мкм, имеющий коэффициент А -10 Э/В. Электрическое поле прикладываетс  к калибровочному образцу вдоль кристаллографической оси симметрии второго

0 пор дка и составл ет угол 30° по отношению к направлению пол ризующего маг н и т н ог о п ол  ,

Врем  измерепи  концентрации определ етс  главныт-1 образом временем

5 прохолздени  резона ;сного значени 

спектральной линии и в 2-3 раза меньше , чем при последоэательной регистрации спектров, при этом относительна  ошибка измерени  уменьшаетс  до

0 3%.

Claims (1)

1. АНАЛИЗАТОР КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ, содержащий электромагнит с блоком управления, измерительный резонатор с исследуемым и калибровочным образцами, блок

   СВЧ, подключенный к измерительному резонатору, блок регистрации и модулятор с катушками модуляции магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа и сокращения времени измерений, в него дополнительно введены второй модулятор с электродами для создания модулирующего электрического поля на калибровочном образце, второй блок регистрации и вычитающий усилитель, в качестве калибровочного образца введено парамагнитное вещество, обладающее электрополевым эффектом, причем сигнальные входы первого и второго блоков регистрации соединены с выходом блока СВЧ, опорные входы - с выходами первого и второго модуляторов соответственно, а выходы подключены к входам вычитающего· усилителя.

   сигнал 3/7Р ^калиУроиочюго иЗразиа „сигУМ ЗРР исследумого ofpasi/a.

   >

   1 10