SU913192A1

SU913192A1 - Способ количественного а на] !иза

Info

Publication number: SU913192A1
Application number: SU802947269A
Authority: SU
Inventors: Vladimir I Chizhik
Original assignee: Le G Uni Im A A Schdanova
Priority date: 1980-07-16
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1982-03-15

Description

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано во всех областях науки, .техники и промышленности, в которых требуется определение содержания каких-либо веществ в исходных, промежуточных конечных продуктах в физических, химических, биологических или технологических процессах.

Известен способ количественно анализа веществ, основанный на регистрации сигналов при импульсном ядерном магнитном резонансе (ЯМР) ПЗ .

В этом способе мерой количества вещества является амплитуда сигнала свободной индукции ядер, которая возбужда- ’⁵ется коротким радиочастотным импульсом на частоте резонанса ядер. Эти ядерно—резонансные способы количественного

анализа вещества имеют сравнительно не— „

20

высокую надежность и низкую точность, так как для регистрации сигнала используются приемные устройства, коэффициент передачи которых может изменяться во

^времени к зависеть от свойств исследуемого образца. Для калибровки коэффициента передачи приемника используют сменные эталоны с известным количеством вещества. Однако изменение коэффициента передачи из-за влияния образца на свойства приемного контура (в первую очередь, на добротность) при этом увеличивается.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ количественного анализа веществ, основанный на возбуждении двумя радиоимпульсами ЯМР в эталонном и исследуемом образцах, размещенных одновременно в дачтике ЯМР, регистрации сигналов ЯМР от ядер эталонного и исследуемого образцов. Исследуемый и эталонный образ—' цы являются образцами, отличающимися временами спин-решеточной (продольной) релаксации. Воздействуя на образцы двумя (или несколькими) импульсами можно 'разделить сигналы свободной индукции от исследуемого и эталонного образцов и,

3 913192 4

тем самым, определить количество вещества в исследуемом образце. В этом способе коэффициент передачи от сигналов свободной индукции исследуемого и эталонного образцов одинаков 12] . 5

Недостатком этого способа является ограниченная область применения, так как накладывается требование определенного соотношения времен релаксации ядер в эталонном и исследуемом образцах. м

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений.

•Поставленная цепь достигается тем, что в известном способе количественного анализа веществ, основанном на возбуж- , дении радиоимпульсами ядерного магни- ι ного резонанса (ЯМР) в эталонном и исследуемом образцах, размещенных в одном датчике ЯМР, регистрации сигналов ЯМР от ядер эталонного и исследуемого 20 образцов, возбуждение радиоимпульсов проводят на частотах резонанса ядер в исследуемом и\в эталонйом образцах, причем в эталонном образце содержатся ядра с магнитными моментами, отличны- 25 ми от магнитных моментов ядер исследуемого образца, а регистрацию сигнала ЯМР проводят после первого радиоимпульса от 'Ядер одного образца, а после второго радиоимпульса - от ядер другого до образца и по сравнению амплитуд этих сигналов ЯМР судят о количестве вещества в исследуемом образце.

В предлагаемом способе используются достоинства одновременного разрешения ³⁵эталонного и исследуемого образцов в датчике ядерного магнитного резонанса, но снимается ограничение на соотношение времен ропаксации ядер. Основной эффект достигается путем уменьшения ошибок, ⁴⁰связанных с изменением коэффициента передачи приемного трактаие-оа различных нестабильностей или/вариаций свойств приемного контура датчика при внесении в него образцов. Для этого используется ⁴⁵почтив одновременная регистрация сигналов ядерного магнитного резонанса от разных _ядер для эталонного и исследуемого образцов.

На фиг. 1 представлена схема устрой- ⁵⁰ства; на фиг. 2 - схема получения сигналов свободной индукции.

В зазор магнита 1 помещается датчик ядерного магнитного резонанса 2, представляющий собой 10-контур, настро- ⁵⁵енный на частоту резонанса ядер. Катушка индуктивности контура охватывает образцы 3 и 4 с веществом. Программною шэе устройство 5 вырабатывает видеоимпульсы для управления всеми блоками прибора, включающего генератор радиоимпульсов 6 для возбуждения сигнал ла свободной индукции, приемник 7 сигналов ядерного магнитного резонанса и регистрирующее устройство 8. После радиоимпульсов .9 и 10, вырабатываемых генератором радиоимпульсов 6, на выходе приемника 7 возникают сигналы свободной индукции 11 и 12. Если генератор радиоимпульсов 6 создает радиоимпульс 9 длительностью и, амплиту- ι дой магнитной составляющей то вектор М поворачивается .на угол ν=^·Η_Λΐ; . При этом возникает компонента вектора ук , перпендикулярная полю Н, . Сигнал свободной индукции пропорционален величине μ и, поскольку μ, определяется величиной вектора μ , то амплитуда сигнала пропорциональна количеству ядер ' данного сорта в образце. Естественно, что оптимальным является поворот вектора μ на угол V =90*, когда μ^ принимает максимальное значение. Со временем сигнал ' свободной индукции 11 уменьшается, причем постоянная времени за.тухания 4½ (время поперечной или спинспиновой релаксации) определяется как состоянием вещества, так и аппаратурными эффектами, и обычно не превышает 10—

20 мс, если в магнитах не применяются специальные меры по улучшению однородности поля.

Начальная амплитуда сигналов свободной процессии является мерой количества исследуемых ядер в образце. После усиления в приемнике 7 этот сигнал поступает в регистрирующее устройство 8, одной из функций' которого может быть его запоминание и накопление.

Однако значение амплитуды сигнала свободной индукции зависит от стабильности коэффициента передачи приемной и регистрирующей частей прибора. Изменение добротности приемного контура вследствие вариаций физико-химических свойств образцов, помещенных в катушку индуктивности, изменение коэффициента усиления приемника Г/из-за вариаций питающих напряжений и старения элементов схем приводит к неопределенности в измеряемой величийе, исключить которую можно лишь постоянной калибровкой коэффициента передачи прибора.

Для того, чтобы увеличить надежность и точность показаний прибора, предлагается в датчике сигналов ядерного магнитного резонанса 2 размещать одновременно

913192

6

5

два образца: 3 и 4 ( исследуемый и эталонный) и регистрировать резонансы различных ядер в эталонном и исследуемых образцах. При этом программирующее устройство, прибора должно выработать специальные команды для перестройки генератора, датчика и приемника с одной рабочей частоты на другую. Это может быть, например, выполнено е помощью реле или других приемов электронной перестройки.

В резуаьтйте после подачи первого радиоимпульса 9 (фиг. 2) на частоте'

£4д регистрируется сигнал свободной индукции 11 от одного образца, а после подачи второго радиоимпульса 10 на частоте регистрируется сигнал свободной индукции 12 от второго образца. Поскольку оба образца находятся в катушке приемного контура" датчика оцнов- ₂₀ременно, го коэффициенты передачи прибора для обоих сигналов связаны между собой постоянным соотношением для любых комбинаций веществ в образцах £ и 4.

Так как время Τ’ между импульсами может₂5 быть очень малым (порядка милли секунд), то коэффициент передачи приемника для сигналов свободной индукции 11 и 12 не изменяется за время измерения.

Использование предлагаемого способа ₃₀количественного анализа возможно, в принципе, для любой комбинации ядер в исследуемом и эталонном образцах. Однако наиболее удобным является применение ядер с близкими гиромагнитными огноше- ₃₅ниями, и следовательно обладающими близкими резонансными частотами в .постоянном магнитном поле. Эго обстоятельство облегчает перестройку прибора для поочередной регистрации сигналов от раэ-₄₀ных ядер. В результате использования ^предлагаемого способа повышается точность измерения из-за учета влияния образцов на параметры приемного контура датчика ядерного магнитного ре- , зонанса. Если требуется накопление сиг—, налов для дальнейшего повышения точности измерений, то регистрирующее устройство 8 может суммировать показания сигналов 11 и 12 поочередно или сначала накопить информацию после серии одинаковых радиоимпульсов типа 9, а затем аналогично после такого же количества радиоимпульсов типа 10. Повышается

экспрессность анализа вследствие того, что при возбуждении сигналов свободной индукции ο·*· этапрна не нарушается намагниченность исслечуемого образца и наоборот.

5 Поочередная регистрация различных резонансов может повысить экспрессность анализа особенно для веществ с большими значениями продольной релаксации и расширить диапазон возможного приме10 нения ЯМР для количественного анализа веществ. Кроме того, одновременное размещение в датчике; магнитного резонанса эталона и исследуемого образца позволяет использовать проточные образцы. Поэ,5 тому способ можкг быть использован

для автоматического контроля и управления непрерывными технологическими процессами.

Claims

Формула изобретения

Способ количественного анализа, ос— но.?,энный на возбуждении радиоимпульсами ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в эталонном и исследуемом образцах, размещенных в одном датчике ЯМР, регистрации сигналов ЯМР от ядер эталонного и исследуемого образцов, о т лич а — ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, возбуждение радиоимпульсов проводят на частотах резонанса ядер в исследуемом и эталонном образцах, причем в эталон— ном образце соцержатся ядра с магнитными моментами, отличными ог магнитных моментов ядер исследуемого образца, а регистрацию сигнала ЯМР проводят после первого радиоимпульса от ядер одного образца, а после второго радиоимпульса ог ядер другого образца и по сравнению амплитуд этих сигналов ЯМР судят о количестве вещества в исследуемом об— · |пазце.