SU914978A1

SU914978A1 - РАДИОСПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ί

Info

Publication number: SU914978A1
Application number: SU802960058A
Authority: SU
Inventors: Leonid S Lyubchenko; Sergej G Lakeev; Vladimir I Vorobev; Gennadij R Trubnikov; Yurij A Lyulkin
Original assignee: Inst Khim Fiz An Sssr
Priority date: 1980-07-15
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1982-03-23

Description

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано при исследовании парамагнитных свойств систем с заторможенными молекулярными движениями (полупроводники и диэлектрики, полимеры и "биополимеры, угли, торфа, нефти молекулярные кристаллы и т.д.).

Известно устройство для регистрации спектров ЭПР, содержащее блок получения внешнего магнитного поля, блок развертки магнитного поля, источник мощности СВЧ с системой подведения ее к образцу, систему регист рации спектров ЭПР при изменении внешнего магнитного поля [1Ц.

Однако в ряде случаев исследуемые образцы содержат сложную систему электронных спиновых магнитных моментов (ЭСММ), дающую малоинформатив ные плохоразрешенные при указанном способе регистрации спектры ЭПР, например, из-за неразрешенной тонкой

2

и сверхтонкой структуры, наличия ряда типов ЭСММ с близкими д-факторами и т.д. Спектральное разрешение сигналов подобных систем обычными, серийно выпускаемыми спектрометрами ЭПР

3 невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому является радиоспектрометр ЭПР, содер жащий блок получения и развертки

магнитного поля в месте расположею г·

ния исследуемого образца, измерительный резонатор с амплитудой для образца, источник СВЧ мощности, устройство регистрации сигналов погло_<5 щения ЭПР, генератор радиочастотного (РЧ) возбуждения, устройство изменения мощности, частоты и угла РЧполя во вращающейся системе координат’ (ВСК), причем первый вход изме20 рительного резонатора соединен с

первым выходом устройства изменения'

мощности, частоты и угла РЧ-поля в

?СК₍вход которого соединен с выходом

?Чгвозбук<дения.

3 91*1978 4

При заданном знамении внешнего магнитного поля систему ЭСММ исследуемого образца насыщают мощностью СВЧ и с помощью устройства изменения мощности, частоты и угла между нап- 5 равлением вектора магнитной компоненты дополнительного РЧ-возбуждения и направлением внешнего магнитного поля добиваются минимального поглощения мощности СВЧ, после чего 10

регистрируют спектр поглощения ЭПР.

Из теории магнитного резонанса известно, что в условиях насыщения исследуемого образца с помощью мощности СВЧ вектор намагниченности 15

системы ЭСММ помимо процессии относительно направления внешнего магнитного поля ίι₀ совершает нутационное движение вокруг направления Н с частотой где у - гидромаг- М

нитное отношение; - напряженность поля СВЧ.

В системе координат, вращающейся с частотой поля СВЧ, система ЭСММ в эффективном поле характеризуется 25 квазистационарными уровнями энергии, расстояние между которыми задается величиной поля СВЧ и величиной внутренних взаимодействий ЭСММ (локальные поля). 30

Наложение в этих условиях на систему ЭСММ дополнительного РЧ-поля, частота которого удовлетворяет расщеплению между указанными в эффективном поле, изменяет характер движения 35 вектора намагниченности системы

' ЭСММ С2].

Однако известное устройство не регистрирует сигналы дисперсии ЭПР, а также не регистрирует компоненты .40 движения вектора намагниченности, частота которых кратна частоте РЧ-воз· буждения, и нё учитывает фазовые соотношения между РЧ-возбуждением и движением вектора намагниченности. 45

8 случае СВЧ-насыщения сигналы поглощения и дисперсии ЭПР не связаны линейными преобразованиями, поэтому несут разную информацию в системе ЭСММ. При регистрации поглощения ЭПР 50 СВЧ-насыщение только уширяет линию ЭПР, если последняя является однсродУ ноуширенной, и практически не влияет на форму линии, если она является неоднородноуширенной и обусловленна 55 одним типом ЭСММ. Наложение дополнительного возбуждения также уширяет линию поглощения ЭПР. Форма линии

дисперсии ЭПР меняется от второй производной до преобразованной кривой поглощения ЭПР в зависимости о! соотношения параметров регистрации и внутренних параметров системы ЭСММ. При сильном СВЧ-насыщении сигналы дисперсии ЭПР интенсивнее сигналов поглощения. Все это делает предпочтительным, наряду с сигналом пог» лощения, регистрацию сигнала дисперу сии ЭПР. Совместная регистрация спектров дисперсии и поглощения ЭПР спиновых меток на удвоенных гармониках модуляционной частоты и при различных фазовых соотношениях между опорным и полезным сигналами на синхронном детекторе дает богатую информацию о медленных молекулярных движениях.Во вращающейся системе координат, когда

внутреннее локальное поле; и Н^частота и амплитуда дополнительного РЧ-поля), наряду с сигналами ЭПР на частоте наблюдаются сигналы на частотах η ...). Регистрация многоквантовых переходов в синфазных и находящихся в квадратуре с дополнительным РЧ-полем спектрах дает дополнительную информацию об угловой зависимости и симметрии спи\ новых взаимодействий.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувА ствительности радиоспектрометров, при регистрации малоинформативных спектров ЭПР.

Поставленная цель достигается тем, что в радиоспектрометр ЭПР, содержащий блок получения и развертки магнитного поля в месте расположения исследуемого образца, измерительный резонатор с ампулой для образца, источник СВЧ мощности, уст; ройство регистрации сигналов поглощения ЭПР, генератор радиочастотного (РЧ) возбуждения, устройство изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля в ВСК,причем первый вход из мерительного резонатора соединен с первым входом устройства изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля в ВСК/вход которого соединен с выходом РЧ-возбуждения, дополнительно введены устройство для разделения сигнала ЭПР на сигналы дисперсии и поглощения, устройство регистрации сигналов дисперсии, первый и второй блоки изменения и контроля фазы РЧ914978

возбуждения, первый и второй умножители частоты, причем второй и тре-/ тий выходы устройства изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля в ВСК соединены соответственно с входами первого и второго умножителя частоты а их выходы - соответственно с входами первого и второго блоков изменения и контроля фаз.ы РЧ-возбуждения, выход первого блока изменения и контррля фазы РЧ-возбуждения соединен с вторым входом устройства регистрации сигналов поглощения, выход второго блока изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения соединен с вторым входом устройства регистрации сигналов дисперсии, выход источника СВЧ-мощности соединен с вхбдом устройства разделения сигнала ЭПР на сигналы дисперсии и поглощения, первый выход которого соединен с вторым входом измерительного резонатора с ампулой для образца, второй выход - с первым входом устройства регистрации сигналов поглощения, а третий выход - с первым вхс дом устройства регистрации сигналов дисперсии.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого спектрометра.

Спектрометр содержит блок 1 получения и развертки магнитного поля в месте расположения образца, источник 2 СВЧ-мощности·, который через устройство 3 для разделения сигнала ЭПР на сигналы дисперсии и поглощения подключен к измерительному резонатору 4 с исследуемым образцом, генератор 5 РЧ-возбуждения, связанный с измерительным резонатором 4 через устройство 6 изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля в ВСК между направлением вектора магнитного поля РЧ-возбуждения и направлением внешнего магнитного поля, умножители 7 и 8 частоты, блоки Ч и 10 изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения и устройства 11 и 12 регистрации сигналов дисперсии и поглощения соответственно.

Радиоспектрометр работает следующим образом.

Блок 1 получения и развертки магнитного поля создает в месте расположения образца магнитное поле заданной величины. Исследуемый образец насыщают мощностью СВЧ, поступающей от источника 2 СВЧ-мощности

в измерительный резонатор Ч через устройство 3 разделения Сигнала ЭПР на сигналы дисперсии и поглощения. Генератор 5 РЧ-возбуждения/вЫраба5 тывает электромагнитные колебания, частоту которых с помощью ус1|)ойства 6 изменяют до получения минимального синфазного сигнала поглощения ЭПР на частоте РЧ-возбуждения, фйкЮ·сируемого устройством 12 регистрации сигналов поглощения. Затем с помощью устройства 6 изменением угла ориентации вектора магнитной компоненты РЧ-поля добиваются дальнейшего умень1 15 шения поглощения СВЧ-мощности. Умножителями 7 и 8 частоты настраиваются на регистрацию сигналов дисперсии и поглощения ЭПР на заданной гармонике РЧ-возбуждения, а с помощью бло20 ков 9 и 10 изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения добиваются максимальной величины и лучшего разрешения детектируемых сигналов ЭПР, после чего с помощью развертки магнитного поля 25 блоком 1 получения и развертки магнитного поля производят одновременную регистрацию сигналов дисперсии и поглощения ЭПР устройствами 12 и 11 регистрации сигналов поглощения и 30 дисперсии соответственно.

Использование предлагаемого радиоспектрометра позволяет повысить информативность регистрируемых спектров магнитного резонанса, эквивалентное 35 повышению разрешающей способности спектрометра и повышению чувствитель· ности при регистрации малоинформативных сигналов.

40

Claims

Формула изобретения

55

Радиоспектрометр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), со₄₅ держащий блок получения и развертки магнитного поля в месте,расположения исследуемого .образца, измерительный резонатор с ампулой для образца, ·

источник сверхвысокочастотной (СВЧ) мощности,устройство регистрации сигналов поглощения ЗПР, генератор радиочастотного (РЧ) возбуждения, устройство изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля во вращающейся системе координат (ВСК), причем первый вход измерительного резонатбра соединен с первым выходом устройства изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля в ВСК, вход которого соеди7 914978 _ч ' 8

нен с выходом РЧ-возбуждения, о т личающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности при регистрации малоинформативных спектров ЭПР, в него дополнительно введены устройство для разделения сигнала ,ЭПР на сигналы дисперсии и поглощения, устройство регистрации сигналов дисперсии, первый и второй блоки изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения, первый и второй умножители частоты, причем второй и третий выходы устройства изменения мощности, частоты и угла РЧ-поля в ВСК соединены соответственно с входами первого и второго умножителя частоты, а их выходы - соответственно с входами первого и второго блоков изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения, выход первого блока изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения соединен с вторым входом устройства регистрации сигналов поглощения, выход второго .блока изменения и контроля фазы РЧ-возбуждения соединен с вторым уходом устройства регистрации сигналов дисперсии, выход источника СВЧ5 мощности соединен с входом устройства разделения сигнала ЭПР на сигналы дисперсии и поглощения,' первый выход которого соединен с вторым входом измерительного резо10 натора с ампулой для образца, второй выход - с первым входом устройства регистрации сигналов поглощения, ,а третий выход - с первым .входом устройства регистрации сигналов дисперсии.