SU811134A1

SU811134A1 - Electronic paramagnetic resonance spectrometer

Info

Publication number: SU811134A1
Application number: SU792760293A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Линев; Эдуард Иовович Подольный; Евгений Яковлевич Фурса
Original assignee: Белорусский Ордена Трудового Крас-Ного Знамени Государственный Уни-Верситет Им.B.И.Ленина
Priority date: 1979-04-28
Filing date: 1979-04-28
Publication date: 1981-03-07

Description

1one

Изобретение относитс к технике электронного парамагнитного резонанса и может быть использовано в экспериментах по изучению анизотропии парамагнитных веществ.The invention relates to the technique of electron paramagnetic resonance and can be used in experiments to study the anisotropy of paramagnetic substances.

Известен спектрометр ЭПР 1, содержащий электромагнит, между полюсными наконечниками которого расположены датчик магнитного пол и измерительный резонатор с гониометром и образцом, соединенный с выходом блока управлени магнитным полем, вход которого соединен с блоком формировани сигнала ЭПР, измеритель g-фактора дл калибровки магнитного пол в единицах -фактора, первый вход которого соединен с первым выходом блока формировани сигнала ЭПР, а второй вход - с выходом датчика магнитного пол , и блок отображени информации.A known EPR spectrometer 1 containing an electromagnet, between the pole tips of which a magnetic field sensor and a measuring resonator with a goniometer and sample are located, connected to the output of a magnetic field control unit, the input of which is connected to an EPR signal generating unit, a g-factor meter for calibrating a magnetic field units of the factor, the first input of which is connected to the first output of the EPR signal generating unit, and the second input to the output of the magnetic field sensor, and the information displaying unit.

Этот спектрометр позвол ет из записи спектров ЭПР исследуемого анизотропного образца дл каждого заданного (с помощью гониометра) угла поворота образца относительно направлени пол ризующего магнитного пол получить данные о значении g-фактора, что дает возможность в последующем построить график угловой зависимости g-фактора.This spectrometer allows for recording the EPR spectra of the anisotropic sample under study for each given (using a goniometer) angle of rotation of the sample relative to the direction of the polarizing magnetic field to obtain data on the g-factor value, which makes it possible to subsequently plot the angular dependence of the g-factor.

Недостатком известного устройства вл етс то, что дл получени зависимости g-фактора анизотропного вещества в функци х угла поворота требуетс многократное сканирование магнитного пол , т. е. запись спектров ЭПР при разных углах поворотаA disadvantage of the known device is that to obtain the dependence of the g-factor of the anisotropic substance in the functions of the angle of rotation requires multiple scanning of the magnetic field, i.e., recording the EPR spectra at different angles of rotation

образца относительно направлени магнитного пол с дальнейщей математической обработкой полученных результатов. Повышение ТОЧНОСТИ измерений угловой зависимости в этом случае св зано с уменьшением шага дискретизации угла поворота образцаsample relative to the direction of the magnetic field with further mathematical processing of the results. Increasing the ACCURACY of measuring the angular dependence in this case is associated with a decrease in the sampling step of the sample angle

и соответствующим увеличением числа сканирований , т. е. с увеличением времени измерени . Таким образом, измерени -фактора с помощью известного спектрометра занимает много времени и трудоемко, чтоand a corresponding increase in the number of scans, i.e., with an increase in the measurement time. Thus, measuring the factor with a known spectrometer is time consuming and laborious, which

ограничивает количество измерений и не обеспечивает необходимой точности из-за медленных дрейфов аппаратурной линии за врем промера одного образца.limits the number of measurements and does not provide the necessary accuracy due to the slow drift of the instrumental line during the measurement of one sample.

Паиболее близким но технической реализации вл етс спектрометр парамагнитного резонанса 2, содержащий измерительный блок с гониометром и блок отобрал ени информации. Измерительный блок содержит электромагнит, между полюснымиThe closest to the technical implementation is the paramagnetic resonance spectrometer 2, which contains a measuring unit with a goniometer and an information selection unit. The measuring unit contains an electromagnet, between the pole

наконечниками которого размещен измерительный резонатор, в который вводитс измер емый образец, генератор развертки, управл ющий величиной магнитного пол и модул ционные катущки, расположенныеthe tips of which houses a measuring resonator, into which a measured sample is introduced, a sweep generator that controls the magnitude of the magnetic field and modulation coils located

таким образом, что вектор модул ционногоin such a way that the modulation vector

пол ортогонален к оси вращени образца и к вектору основновного пол ризующего пол . Недостаток данного спектрометра состоит в том, что он позвол ет получить только качественную картину анизотропии g-фактора, причем в очень узком диапазоне изменени угла наблюдени , так как в случае равенства основного и модулирующего полей (что вообще технически трудно осуществимо) угол наблюдени не превышает 45°, а в случае Яоси мод угол наблюдени очень мал.the field is orthogonal to the axis of rotation of the sample and to the vector of the main polarizing field. The disadvantage of this spectrometer is that it allows you to get only a qualitative picture of the anisotropy of the g-factor, and in a very narrow range of changes in the angle of observation, since in the case of equality of the main and modulating fields (which is technically difficult to do) the observation angle does not exceed 45 °, and in the case of the Yaoshi mode, the viewing angle is very small.

Целью изобретени вл етс повышение точности и сокращение времени измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy and reduce the measurement time.

Указанна цель достигаетс тем, что в известный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий измерительный блок с гониометром и блок отображени информации, дополнительно введено устройство слежени , которое содержит усилитель сигнала ошибки, блок управлени и блок вращени , соединенное с выходом измерительного блока, причем вход усилител сигнала ошибки подключен к выходу измерительного блока, а выход подключен к первому входу блока управлени , ко второму входу которого подключен информационный выход блока вращени , управл ющий выход которого подключен к управл ющему входу гониометра, первый выход блока управлени соединен с управл ющим входом усилител сигнала ошибки, второй выход соединен с управл ющим входом измерительного блока, третий выход соединен с управл ющим входом блока вращени , четвертый и п тый выходы блока управлени соединены со входами блока отображени .This goal is achieved in that a known electron paramagnetic resonance spectrometer, containing a measuring unit with a goniometer and an information display unit, is additionally introduced with a tracking device that contains an error signal amplifier, a control unit and a rotation unit connected to the output of the measuring unit, with the input signal amplifier error is connected to the output of the measuring unit, and the output is connected to the first input of the control unit, to the second input of which the information output of the rotating unit is connected The control output of which is connected to the control input of the goniometer, the first output of the control unit is connected to the control input of the error signal amplifier, the second output is connected to the control input of the measuring unit, the third output is connected to the control input of the rotation unit, the fourth and fifth the outputs of the control unit are connected to the inputs of the display unit.

На фиг. 1 представлена блок-схема пред (Дагаемого спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭНР), на фиг. 2 - вариант блока управлени .FIG. 1 is a block diagram of a pre (Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer (ENR) spectrometer); FIG. 2 is a variant of the control unit.

Предлагаемый спектрометр ЭПР содержит измерительный блок 1, представл ющий собой известный спектрометр ЭПР, гониометр 2, к вращающейс оси которого, введенной в измерительный резонатор, крепитс исследуемый образец, блок 3 отображени информации, св занный с выходами устройства 4 , которое содержит усилитель 5 сигнала ощибки, вход которого подключен к выходу блока 1, а выход соединен со входом блока 6 управлени . Второй вход блока 6 соединен с информационным выходом блока 7 вращени , который управл ет вращением образца через гониометр 2 и преобразует угол поворота образца в напр жение, поступающее с информационного выхода блока 7 на вход блока 6. Управл ющий вход блока 7 соединен с выходом блока 6. Поэтому соединение осуществл етс через блок 7 переводом гониометра 2 либо в состо ние вращени , либо в заторможенное состо ние, которое соответствует обычному режиму получени The proposed EPR spectrometer contains a measuring unit 1, which is a well-known EPR spectrometer, a goniometer 2, to the rotating axis of which, introduced into the measuring resonator, the sample under test is attached, the information display unit 3 associated with the outputs of the device 4, which contains an error signal 5 whose input is connected to the output of block 1, and the output is connected to the input of control block 6. The second input of block 6 is connected to the information output of the rotation block 7, which controls the rotation of the sample through the goniometer 2 and converts the angle of rotation of the sample to the voltage coming from the information output of block 7 to the input of block 6. The control input of block 7 is connected to the output of block 6 Therefore, the connection is carried out through block 7 by transferring the goniometer 2 to either the rotating state or the retarded state, which corresponds to the normal production mode

спектров ЭПР. Пнформационные входы блока 3 отображени информации подключены к соответствующим выходам блока 4, а управл ющий вход блока 1 подключен к соответствующему выходу блока 4. По этому соединению осуществл етс управление магнитным полем блока 1, которое в режиме получени обычных спектров ЭПР сканируетс известным способом, а в предлагаемом дополнительном режиме управл етс сигналом ошибки, получаемым с выхода усилител 5.EPR spectra. The information inputs of the information display unit 3 are connected to the corresponding outputs of block 4, and the control input of block 1 is connected to the corresponding output of block 4. This connection controls the magnetic field of block 1, which is scanned in a known manner in the normal EPR spectra mode, and the proposed additional mode is controlled by an error signal received from the output of amplifier 5.

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса работает следующим образом.The electron paramagnetic resonance spectrometer operates as follows.

Исследуемый образец закрепл ют в держателе гониометра 2 и помещают в измерительный резонатор измерительного блока 1. Устройство 7 вращени образца с датчиком угла поворота с помощью привода на гониометре 2 вращает образец по программе, задаваемой блоком 6 управлени , и формирует на информационном выходе сигнал, пропорциональный углу поворота.The sample under test is fixed in the goniometer holder 2 and placed in the measuring resonator of the measuring unit 1. The sample rotation device 7 with the rotation angle sensor drives the sample using the drive on the goniometer 2 according to the program specified by the control unit 6 and generates a signal proportional to the angle at the information output turning.

Спектрометр ЭПР имеет два работы: обычный режим регистрации спектра ЭПР, который позвол ет построить с помощью устройства вывода информации зависимость амплитуды сигнала ЭПР от величины магнитного пол (он ничем не отличаетс от обычного режима получени спектров ЭПР) и режим регистрации анизотропии g-фактора в функции угла поворота образца. Выбор режима задаетс блоком 6. В режиме регистрации g-фактора блок 6The EPR spectrometer has two works: the usual mode of registration of the EPR spectrum, which allows the dependence of the amplitude of the EPR signal on the magnetic field (it does not differ from the usual mode of obtaining the EPR spectra) using the data output device and the g-factor anisotropy registration mode in the function the angle of rotation of the sample. Mode selection is set by block 6. In the g-factor registration mode, block 6

соедин ет входы блока 3 с информационным выходом блока 7 и выходом усилител 5.connects the inputs of block 3 to the information output of block 7 and the output of amplifier 5.

Дл регистрации анизотропии g-фактора в функции угла поворота образца усилительTo record the g-factor anisotropy as a function of the angle of rotation of the sample, an amplifier

5 через блок 6 переводитс в режим усилени сигнала ошибки, которым служит мера ухода линии резонанса от нулевой линии . При этом величина магнитного пол удерживаетс через блок 6 такой, что сохран етс соотношение5 through block 6 is transferred to the error signal amplification mode, which is a measure of the resonance line drift away from the zero line. At the same time, the magnitude of the magnetic field is maintained through block 6 such that the ratio

Л- (1)L- (1)

go + Д§ () + ДЯ()go + d§ () + dja ()

Очевидно, что, управл величиной ДЯ(ф) сигналом усилител 5 по цепи отрицательной обратной св зи, осуществл емой через блок 6 к блоку 1, мы будем поддерл :ивать соотношение (1) с погрешностью, определ емой величиной коэффициента усилени по цепи обратной св зи.Obviously, by controlling the value of DL ()) by the signal of amplifier 5 along the negative feedback circuit, carried out through block 6 to block 1, we will maintain: relation (1) with an error determined by the magnitude of the gain over the feedback loop zi

Осуществл операцию Ag((f)-AU((f), где Д(ф) - величина изменени -фактора , а АС/(ф) - величина сигнала ошибки, мы получим пр мую зависимость Ag -Having carried out the operation Ag ((f) -AU ((f), where D (f) is the magnitude of the change of the factor, and AC / (f) is the magnitude of the error signal, we get the direct dependence Ag -

kAU(((), котора через блок 6 выводитс на вход вертикальной развертки блока 3. Один из вариантов реализации блока 6 управлени , представленный на фиг. 2, содержит коммутатор 8, генератор 9 развертки и источники напр жений i/on и U, последнее из которых вл етс питающим напр жением привода гоииометра и в прй ципе быть сделано либо посто нным, либо программируемым. На фиг. 2 блок 6 показан в режиме измерени g-фактора. Усилитель 5 ошибки вырабатывает напр жение , управл ющее величиной изменени магнитного пол ДЯ которое необходимо дл того, чтобы амплитуда резонансной линии была равна нулю, т. е. &H(f) ёМ ёо усилителк Яо +ДЯ() Таким образом, регистриру At/ усилител в функции угла поворота образца, мы получаем М(ф), где k - масштабирующий коэффициент. При переводе коммутатора 8 в другое состо ние на выходах X и Y по вл етс сигнал ЭПР, пропорциональный величине магнитного пол Яо -Ь АЯ, т. е. обычный сигнал ЭПР. Построенный по предлагаемой схеме спектрометр ЭПР позвол ет получить функцию (ф) примерно за 1 мин. Дл получени той же кривой §(ф) при помощи спектрометра BR-420 по 60 точкам (т. е. через 6°) при времени одного сканировани 1 мин потребовалось бы более 1 ч, так как на ручную установку угла поворота требуетс дополнительное врем (без учета времени на математическую обработку полученных результатов). Получени g((f) при помощи прототипа вообще невозможно. 8 kAU (((), which through block 6 is output to the vertical scan input of block 3. One of the options for implementing control block 6, shown in Fig. 2, contains a switch 8, a sweep generator 9 and voltage sources i / on and U, the last of which is the power supply voltage of the motor drive and in the circuit it can be made either constant or programmable. In Fig. 2, block 6 is shown in the g-factor measurement mode. The error amplifier 5 produces a voltage controlling the magnitude of the change in the magnetic field which is necessary in order to The amplitude of the resonance line was zero, i.e. & H (f) em ё yo amplifiers Yao + DY () Thus, registering At / amplifier as a function of the angle of rotation of the sample, we get M (f), where k is the scaling coefficient When switching switch 8 to a different state, an ESR signal appears in outputs X and Y proportional to the magnitude of the magnetic field Yao – A, i.e., the usual EPR signal. The EPR spectrometer constructed according to the proposed scheme allows obtaining the function (φ) in about 1 min. To obtain the same § (f) curve using a BR-420 spectrometer at 60 points (i.e., 6 °) with a single scan time of 1 min, it would take more than 1 hour, since the manual setting of the angle of rotation requires additional time ( without taking into account the time for the mathematical processing of the results). Obtaining g ((f) using a prototype is impossible at all. 8

Claims

Fig.1 4 6 The formula of the invention Electron paramagnetic resonance spectrometer containing a measuring. a unit with a goniometer and a display unit, characterized in that, in order to increase accuracy and reduce measurement time, a tracking device was additionally introduced, which contains an error signal amplifier, a control unit and a rotation unit, the error signal amplifier input being connected to the output of the measuring unit, and the output is connected to the first input of the control unit, to the second input of which the information output of the rotation unit is connected, the control output of which is connected to the control input of the goniometer, the first output. Lok control coupled to the control input of the amplifier yuschi% error signal, a second output connected to a control input of the measuring unit, the third output is connected to input upravlyuschim rotating unit, and the fourth and fifth outputs of the control unit are connected to the inputs of the display unit. Sources of information taken into account during the examination 1. Technical description and operating instructions of the BR-420 spectrometer of the company “Bryuker, Germany. 2 USSR Author's Certificate No. 392396, cl. G OIN 27/78, 1972 (prototype).

V.

FIG. 2