способ нутационной релаксометрии

Формула изобретения

Способ нутационной релаксометрии, включающий периодическое воздействие на образец двумя РЧ импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, насыщение, расстройку и определение времени T₂ поперечной релаксации во вращающейся системе координат, отличающийся тем, что в качестве объекта исследования используют образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневым энергетическим спектром, на который сначала воздействуют одиночным импульсом с частотой заполнения, равной частоте перехода, имеющего общий энергетический уровень с возбуждающим переходом, длительность одиночного импульса устанавливают в пределах T^*₂ < t_w < T₂, а амплитуду по максимуму сигнала эхо, по огибающей которого находят время поперечной релаксации T₂ перехода, на котором действует одиночный импульс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений.

Известен способ нутационной релаксометрии, включающий воздействие на образец переменным радиочастотным и постоянным магнитным полями в условиях резонанса, насыщение, расстройку и определение времени продольной T₂ релаксации во вращающейся системе координат (ВСК)[1]

Недостатком этого способа является то, что в нем не предусмотрено измерение времени T₂ поперечной релаксации в ВСК, которое является важным источником информации о внутренней структуре исследуемого образца и процессах спин-спинового и спин-решетчатого взаимодействия.

Известен способ нутационной релаксометрии, включающий периодическое воздействие на образец двумя РЧ импульсами с частотой заполнения, равной частоте возбуждаемого перехода, насыщение, рассторойку и определение времени поперечной релаксации во вращающейся системе координат (ВСК)[2]

Данный способ также имеет недостаток. Мала его чувствительность и точность, особенно для образцов, у которых на некоторых переходах наблюдение сигналов эха невозможно или затруднено (но которые можно возбуждать), но релаксационные параметры необходимо определить.

Задачей данного изобретения является разработка способа определения времени T₂ поперечной релаксации во вращающейся системе координат (ВСК) для переходов, на которых наблюдение сигналов эхо невозможно или затруднено, но которые можно возбуждать.

Эта задача решается с помощью существенных признаков указанных в формуле изобретения: общих с прототипом способа нутационной релаксометрии, включающего периодическое воздействие на образец двумя РЧ импульсами с частотой заполнения равной частоте возбуждаемого перехода, насыщение, расстройку и определение времени T₂ поперечной релаксации во вращающейся системе координат и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков в качестве объекта исследования используют образец, содержащий квадрупольные ядра с многоуровневым энергетическим спектром, на который сначала воздействуют одиночным импульсом с частотой заполнения равной частоте перехода, имеющего общий энергетический уровень с возбуждаемым переходом, длительность одиночного импульса устанавливают в пределах T^*₂ < t_w < T₂ а амплитуду - по максимуму сигнала эха, по огибающей которого находят время поперечной релаксации T₂ перехода, на котором действует одиночный импульс.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, впервые используется двухчастотное воздействие для формирования сигнала эхо во вращающейся системе координат в многоуровневой спин-системе.

Во-вторых, впервые при двухчастотном воздействии определяют время T₂ поперечной релаксации во вращающейся системе координат.

В-третьих, впервые предложен способ, который позволяет определить T₂ на переходе, на котором либо не наблюдается сигнал эхо, либо амплитуда его мала.

Анализ всех отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок раньше такие приемы не использовались для такой задачи.

На чертеже приведена импульсная программа двухчастотного возбуждения сигнала эхо во вращающейся системе координат. Способ реализован с помощью устройства, описанного в А.с.N 1132207,G 01 N 24/10, 1984,Бюл.N 48.

рассмотрим пример реализации предлагаемого способа. Одиночный импульс, длительность которого устанавливается в пределах T^*₂ < t_w < T₂ воздействует на переходе 1/2-3/2 (₁) Через время ₁ на переходе 3/2- -5/2 (₂) действует первый, затем через время ₂ -второй импульсы. В момент времени 2₂+ ₁ наблюдается сигнал эхо с амплитудой

E₂= E_o(1+sin²H₁t_w);

где

Е₀ -амплитуда эха при одночастотном воздействии на переход 3/2-5/2; -отношение частот накачиваемого и наблюдаемого переходов; b -матричный элемент оператора 1_x в представлении полного квадрупольного гамильтониана для состояний, между которыми имеет место накачка; g -гиромагнитное отношение ядер; H₁ и t_w-амплитуда и длительность одиночного импульса. При этом амплитуду одиночного импульса устанавливают (после установки величины длительности) по максимуму сигнала эха.

Величина длительности t_w одиночного импульса связана с двумя условиями: насыщением и расстройкой, которые являются необходимыми условиями наблюдения сигнала эхо во ВСК (как в случае одночастотного, так и в случае двухчастотного возбуждения сигнала эха в ВСК).

Огибающая сигнала эхо (после модуляции) спадает экспоненциально с постоянной времени T^(II)_2(g) называемой Т₂ во вращающейся системе координат при двухчастотном воздействии многоуровневой системы. Теоретически это время определяется по формуле



где

T⁽₂^I) -время поперечной релаксации перехода, на котором действует одиночный импульс; T⁽₁^II) -время продольной релаксации перехода, на котором наблюдается сигнал эхо в ВСК.

Время T^(III)_2(g) найденное на переходе 3/2-5/2 при двухчастотном воздействии, равно времени T^(I)_2(o) при одночастотном воздействии на переход 1/2-3/2. Это позволяет определять время T₂ в ВСК на переходе, где не наблюдается сигнал эхо или мала его амплитуда.

Рассмотрим на примере поликристаллического KReO₄ (резонанс ядер ¹⁸⁵Re, I=5/2, T=296 K).

Находим, что при одночастотном воздействии на переход 1/2 -3/2 - Т₂=66 МКс, Т₁=260 мкс, а при воздействии на переход 3/2- -5/2 находим -Т₂=100 мкс, Т₁= 250 мкс. Время поперечной релаксации T^(I)_2(o) и T^(II)_2(o) в ВСК при одночастотном воздействии на каждом из переходов равно





При двухчастотном воздействии по программе на чертеже находим:





Отсюда



Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять время T₂ поперечной релаксации во вращающейся системе координат при двухчастотном воздействии на многоуровневую спин-систему. Кроме того он дает возможность определять T₂ на переходе, на котором не наблюдается сигнал эхо (или мала его амплитуда), но на котором можно проводить возбуждение (т.е. вероятность перехода отлична от нуля). В этом случае он позволяет повысить точность и чувствительность.