Измерительный прямоугольный резонатор для электронного парамагнитного резонанса

Измерительный прямоугольный резонатор для электронного парамагнитного резонанса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (1968717

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социапксткческми

Респубики (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 16.04.81 (21) 3275583/18-25 с присоединением заявки М (23) Й риорктет (ы}м. Кл.

6 01 N 24/04

9кударстмииыи квкитет

СССР ао делам изобретеиий и открытий (53) УЙ1 538, 113. .001.5(088.8) Опубликовано 23.10.82. Бюллетень М 39

Дата опубликования описания 23, l 0,82 (72) Авторы изобретения

В.Н.Линев, 8.A.Èóðààcêèé, Г.Я.Слепян, Е и С. С. й1ушкевич

Белорусский ордена Трудового Красного 3 государственный университет им. 8.И.Лен (71) Заявитель (54) ИЗИЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ РЕЗОНАТОР

ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАИАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть- использо вано при разработке аппаратуры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для количественных измерений, основанных на сравнении спектров ис" следуемого и калибровочного образцов.

Известен измерительный прямоуголь" ный резонатор, работающий на волне типа Н„, снабженный отверстием для ввода ампулы с образцом в область максимума Н - компоненты СВЧ-поля и петли модуляции магнитного поля 1 ), Данный резонатор в качестве рабочего резонатора спектрометра ЭПР позволяет путем поочередной регистрации спектров на частоте модуляции от исследуемого и калибровочного образ" го цов и последующей математической обработки получить сведения об относительном содержании парамагнитных частиц в исследуемом образце.

Однако точность измерения данного устройства ограничена погрешностью, обусловленной изменением параметров рабочего резонатора при поочередной сиене образцов и временной нестабиль" ностью коэффициента передачи системы регистрации. Общее время измерения включает время на раздельную регистрацию сигналов от исследуемого и калибровочного образца и .время на математическую обработку результатов. Устройство не позволяет осуществлять непрерывный контроль концентрации исследуемого объекта.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измерительный прямоугольный резонатор для

ЭПР, работающий на волне типа Н „, ои

Н-плоскости которой параллельны одной из стенок резонатора, с исследуемым и калибровочным образцами и двумя петлями модуляции магнитного по" ля при этом исследуемый и калибровоч

3 9687 ный образцы размещены в резонаторе в максимуме СВЧ-поля на расстоянии, равном целому числу полуволн основ ного типа колебаний 2 .

В аппаратуре электронного парамагнитного резонанса такие резонаторы применяются для выполнения относительных количественных измерений, базирующихся на сравнении сигналов

ЭПР от исследуемого и калибровочно- ф го образцов. Регистрация сигналов от двух образ,ов ведется одновременно на одной или двух независимых частотах модуляции магнитного поля.

Однако размещение, исследуемого и калибровочного образцоФ по длине резонатора, в котором возбуждены три или более полуволн колебаний рабочего типа волны, ведет к увеличению размера резонатора и уменьшению коэффициента. заполнения. Недостатком известного резонатора является также невысокая точность измерений. ограниченная пространственной неодйородностью магнитного поля в местах расположения исследуемого и калибровочного образцов.

Цель иэоЬретенив - повышение точности относительных измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительном прямоугольном резонаторе для электронного парамаг" нитного резонанса, работающем иа волне типа Н, Н-плоскости которой па оп раллельны одной из стенок резонатора, с исследуемым и калибровочным образцами и двумя петлями модуляции магнитного поля, в полость резонатора параллельно Н-плоскостям введен плоский проводящий экран, прикрепленный к стенкам резонатора в верхней 4В и нижней Е-плоскостях с обеспечением электрического- контакта со стенками, причем с передней и задней стенками резонатора экран образует зазор, исследуемый и калибровочный образцы 4$ с соответствующими им петлями модуляции расположены в плоскостях, параллельных плоскости экрана.

На чертеже представлен измерительный резонатор для ЭПР. so

Измерительный резонатор является прямоугольным объемным резонатором, работающим на волне типа Н„, в котором, размещены исследуемый 1 и калибровочный 2 образцы в ампулах, две э петли 3 и 4 модуляции магнитного поля, плоский проводящий экран 5,.рас" положенный параллельно Н-плоскостям

7 4 резонатора и.прикрепленный к стенкам резонатора в Е-плоскостях с обес- печением электрического контакта со стенками резонатора по линиям сопряжения. Экран 5 образует зазоры 6 и

7 между передней и задней стенками резонатора, а ампулы l и 2 с.петлями 3 и 4 модуляции расположены симметрично по обе стороны экрана 5.

Измерительный резонатор спектрометра электронного парамагнитного резонанса работает следующим обра зом.

Для наблюдения сигнала ЭПР измерительный резонатор с исследуемым и калиЬровочным образцами возбуждают на основном колебании Н и поме(02 щают в поляризующее магнитйое поле, перпендикулярное плоскости экрана

5 и плоскостям петель 3 и 4 модуляции магнитного гюля. Исследуемый 1 и калибровочный 2 образцы располагают симметрично по обе стороны экрана 5, в результате чего они лрониэы" ваются одними и теми же силовыми линиями поляризующего магнитного поля. С помощью петли 3 на образце

1 и с помощью петли 4. на образце 2, подключенных к источникам модулирующего напряжения, осуществляется модуляция поляризующего магнитного поля.

При выполнении условий наблюдения сигнала ЭПР устройство позволяет ре.гистрировать сигналы от исследуемого и калибровочного образцов либо раздельно на разных частотах модуляции, либо раэностный сигнал при противофазной модуляции магнитного поля на одной частоте. Проводящий экран 5, толщина которого выбирается исходя" из глубины скин-слоя для данной частоты модуляции, обеспечивает развязку сигналов модуляции на исследуемом и калибровочном образцах. Вслед" ствие того, что плоскость экрана

5 во всех точках параллельна магнитным силовым линиям СВЧ-поля в полости резонатора и перпендикулярна . электрическим силовым линиям, поле основного типа колебаний Н„ возмущено не будет. Экран 5 оказывает фильтрующее действие для других,, неосновных типов колебаний, в частности колеЬаний Н„„„и E которые могут возбуждаться в случае, когда ширина резонатора равна его высоте.

Предлагаемый измерительный резонатор позволяет разместить исследуФормула изобретения

ВНИИПИ Заказ 8157/72 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä,óë.Ïðoåêòíàÿ.4

5 9687 емый и калиЬровочный образцы, вдоль одних и тех же силовых линий поляризующего магнитного поля, что обеспечивает. более высокую точность относительных измерений или при одинаковой точности измерений с известным резонатором позволяет существенно снизить требования к однородности магнитного поля и габаритам источника поляризующего магнитного поля. t0

Уменьшение длины резонатора за счет уменьшения числа вариаций СВЧ-поля .по длине резонатора позволяет улучшить параметр (1, где (}. - добротность резонатора, а q - -коэффициент запол- 1% нения, и связанную с ним чувствительность устройства.!

Измерительный прямоугольный резонатор для электронного парамагнитного резонанса, работающий на волне Не, Н-плоскости которой параллель-2s

17 4 ны одной из стенок резонатора, с ис" следуемым и калибровочным образцами и двумя петлями модуляции магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности относительных измерений, в полость резонатора параллельно Н-плоскостям введен плоский проводящий экран, прикре- пленный к стенкам резонатора в верхней и нижней Е-плоскостях с обеспечением электрического контакта со стенками, причем с передней и задней стенками резонатора экран образует зазор", исследуемый и калибровочный образцы с соответствующими им петлями модуля-. ции расположены симметрично.по разные стороны от экрана, а петли модуляции расположены в плоскостях, параллельных плоскости экрана.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пул Ч. Техника ЭПР-спектроско- . пии. И., "Мир", 1970, с. 141" 142.

2. Патент СНА и 3348136, кл. 324-05, опуЬлик. 1967 (прототип).