Спектрометр электронного парамагнитного резонанса

Полезная модель относится к классу малогабаритных спектрометров электронного парамагнитною резонанса (ЭПР) и может найти применение при исследованиях методом ЭПР в физике, химии, биологии, геологии, медицине и других областях. Предлагаемое решение обеспечивает сокращение времени и упрощение процедуры исследования фоточувствительных образцов, в том числе, и образцов в которых в результате облучения возникают короткоживущие фотоиндуцированные парамагнитные центры. Спектрометр ЭПР содержит корпус 1 блок питания 2, рабочий резонатор 3, помещенный в зазор электромагнита 4, установленного отдельно. Также в зазоре электромагнита, параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки 5 высокочастотной модуляции, которые соединены с усилителем 6 мощности высокочастотной модуляции, размещенным в корпусе 1. Также в корпус 1 помещен блок 7 управления и регистрации сигнала ЭПР. Блок СВЧ 8 помещен в корпус 9. Часть волновода 10, которая соединена с блоком СВЧ 8 и часть волновода 10, которая соединена с рабочим резонаторов 3 соединены друг с другом торцевыми фланцам 11. В предлагаемый спектрометр введен облучатель 13, соединенный световодом 12 с отверстием в стенке рабочего резонатора 3, что создает возможность облучения светом измеряемого образца, расположенного непосредственно в полости рабочего резонатора, и тем самым сокращается время и упрощается процедура исследования фоточувствительных образцов, в том числе и образцов содержащих короткоживущие фотоиндуцированные парамагнитные центры.

Полезная модель относится к классу малогабаритных спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может найти применение при исследованиях методом ЭПР в физике, химии, биологии, геологии, медицине и других областях. Он может быть использован как в научных целях, так и в промышленности при контроле технологических процессов, например для измерения состава вещества.

Принцип действия любого спектрометра ЭПР основан на использовании эффекта поглощения парамагнитным веществом энергии сверхвысокочастотного (СВЧ) поля в условиях электронного парамагнитного резонанса, возникающего при одновременном воздействии на исследуемое вещество поляризующего магнитного поля определенной напряженности и СВЧ-поля определенной частоты (Спектрометр ЭПР фирмы Advanced analytical instruments PS 100 X).

Для реализации этого принципа действия спектрометры ЭПР содержат корпус, блок питания, блок СВЧ, содержащий генератор колебаний СВЧ с элементом перестройки частоты и аттенюатор и помещенный в отдельный корпус, выход которого соединен со входом блока управления и регистрации сигнала ЭПР, и отдельно установленный электромагнит, в зазоре которого параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки высокочастотной модуляции, подключенные к выходу усилителя мощности высокочастотной модуляции, и рабочий резонатор, соединенный с блоком СВЧ через волновод, проходящий через отверстие в корпусе блока СВЧ (Патент РФ 51227 «Спектрометр электронного парамагнитного резонанса»). Последний спектрометр выбран в качестве прототипа.

В известном спектрометре ЭПР СВЧ-колебания по волноводу подводятся к рабочему резонатору, в котором предварительно устанавливается исследуемый парамагнитный образец. При линейном изменении напряженности магнитного поля в момент появления резонанса часть СВЧ-мощности в резонаторе будет поглощена образцом. Это приводит к изменению добротности резонатора, вследствие чего происходит изменение коэффициента отражения, что регистрируется микроволновым детектором в виде сигнала ЭПР. Дополнительная высокочастотная модуляция позволяет уменьшить шумы приемного канала.

Для исследования методом ЭПР фоточувствительных образцов, у которых параметры спектра ЭПР зависят от дозы полученного облучения светом, исследуемый образец при изменении дозы облучения вынимают из резонатора, облучают в облучателе и снова вставляют в резонатор для снятия спектра ЭПР, параметры которого соответствуют полученной дозе облучения. Указанная процедура повторяется при изучении зависимости параметров спектра ЭПР фоточувствительных образцов от дозы облучения.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание спектрометра ЭПР, в котором облучение образца светом производится непосредственно в полости рабочего резонатора, т.е. без извлечения образца из резонатора.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является сокращение времени и упрощение процедуры исследования фоточувствительных образцов, в том числе, и образцов в которых в результате облучения возникают короткоживущие фотоиндуцированные парамагнитные центры.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая полезная модель, как и известный спектрометр ЭПР содержит корпус, блок питания, блок СВЧ, выход которого соединен со входом блока управления и регистрации сигнала ЭПР, выход которого соединен со входом усилителя мощности высокочастотной модуляции и отдельно установленный электромагнит, в зазоре которого параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки высокочастотной модуляции, подключенные к выходу усилителя мощности высокочастотной модуляции, и рабочий резонатор, соединенный через волновод с блоком СВЧ, который помещен в отдельный корпус, в стенке которого выполнено отверстие, через которое проходит волновод, торцевой фланец которого соединен с торцевым фланцем волновода, соединенного с рабочим резонатором, Но, в отличии от известного, в предлагаемый спектрометр введен облучатель, соединенный с помощью световода с отверстием, диметр которого равен диаметру световода и оно сделанно в стенке рабочего резонатора, противоположной той, к которой подсоединен волновод так, что оно расположено напротив центра полости резонатора

За счет того, что в спектрометр введен облучатель, соединенный световодом с отверстием в стенке рабочего резонатора, создается возможность облучения светом измеряемого образца, расположенного непосредственно в полости рабочего резонатора, и тем самым сокращается время и упрощается процедура исследования фоточувствительных образцов, т.к. облучение измеряемого образца различными дозами можно производить без извлечения образца из резонатора, помещения его в облучатель и последующего помещения образца в резонатор для снятия спектра ЭПР..

Облучения светом измеряемого образца, расположенного непосредственно в полости рабочего резонатора решает еще одну задачу: измерять изменение концентрации короткоживущих фотоиндуцированных парамагнитных центров, т.к. обеспечивается возможность снятия зависимости амплитуды сигнала ЭПР фоточувствительного образца от дозы получаемого им облучения.

Полезная модель поясняется чертежом.

Приведенная конструкция спектрометра ЭПР содержит размещенные в корпусе 1 блок питания 2. Рабочий резонатор 3 помещен в зазор электромагнита 4, установленного отдельно. Также в зазоре электромагнита, параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки 5 высокочастотной модуляции, которые соединены с усилителем 6 мощности высокочастотной модуляции, установленным в корпусе. Также в корпусе 1 размещен блок 7 управления и регистрации сигнала ЭПР. Блок СВЧ 8 помещен в корпус 9. Часть волновода 10, которая соединена с блоком СВЧ 8 и часть волновода 10, которая соединена с рабочим резонатором 3 соединены друг с другом торцевыми фланцами 11. Облучатель 13 соединен сотверстием в стенке резонатора 3 с помощью световода 12. Приведенная схема прибора иллюстрирует возможность облучения светом измеряемого образца при его расположении непосредственно в полости резонатора, т.е. достигается сокращение времени и упрощение процедуры исследования фоточувствительных образцов, в том числе, и образцов в которых в результате облучения возникают короткоживущие фотоиндуцированные парамагнитные центры.

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий корпус, блок питания, блок СВЧ, выход которого соединен со входом блока управления и регистрации сигнала электронного парамагнитного резонатора (ЭПР), выход которого соединен со входом усилителя мощности высокочастотной модуляции, и отдельно установленный электромагнит, в зазоре которого параллельно его полюсным наконечникам размещены катушки высокочастотной модуляции, подключенные к выходу усилителя мощности высокочастотной модуляции, и рабочий резонатор, соединенный через волновод с блоком СВЧ, который помещен в отдельный корпус, в стенке которого выполнено отверстие, через которое проходит волновод, торцевой фланец которого соединен с торцевым фланцем волновода, соединенного с рабочим резонатором, отличающийся тем, что в схему спектрометра введен облучатель, соединенный с помощью световода с отверстием, диаметр которого равен диаметру световода, и оно сделано в стенке рабочего резонатора, противоположной той, к которой подсоединен волновод так, что оно расположено напротив центра полости резонатора