ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Чувствительность спектрометра из "Применение электронного парамагнитного резонанса в химии" Х — восприимчивость в отсутствие насыщения. [c.32] Учитывая формулы (2.57) и (2.55), из (2.24) можно найти величину минимально обнаруживаемой восприимчивости в функции Р . [c.32] Попутно можно заметить, что вследствие насыщения при Рд = Рот происходит уширение спектральной линии в два раза, т. е. предельная чувствительность достигается ценой искажения формы линии. [c.32] Здесь Гц — температура образца. [c.32] Однако при выборе типа резонатора следует иметь в виду, что с повышением возрастают требования к стабильности взаимной настройки СВЧ генератора и резонатора. Поэтому в ряде случаев было бы даже желательно несколько пожертвовать величиной 1 эфф/( о ради значительного понижения 5о- Например, медный прямоугольный резонатор Н ц для той же длины волны А, = 3,2 см с размерами А = 2,3 см, В = 0,5 см и Ь == 2,2 см имеет 1 эфф = 1,2 см и Со = 2600. Сравнивая эти два резонатора, можно заметить, что у прямоугольного резонатора отношение Кэфф/Со лишь в два с половиной раза хуже, чем у цилиндрического, в то время как добротность меньше в 11,5 раза. Поэтому благодаря уменьшению чувствительности всего в раза можно на целый порядок снизить требования к стабильности настройки. [c.33] Кроме того, обычно возрастают нерезонансные потери СВЧ энергии в образце, вследствие чего добротность Qo падает. В результате фактическая чувствительность радиоспектрометра бывает значительно хуже, чем чувствительность, определенная до ДФПГ. [c.34] Несмотря на отмеченные недостатки, оценка чувствительности по образцу ДФПГ все же достаточно удобна, так как она позволяет оценить шум — фактор радиоспектрометра. [c.34] В литературе [23] был описан супергетеродинный радиоспектрометр, чувствительность которого близка к полученной цифре. Столь высокая чувствительность была достигнута благодаря применению в качестве СВЧ источника двухрезонаторного клистрона, имеющего более высокую мощность и стабильность, чем отражательные клистроны. Кроме того, в плечо Г волноводного моста этого спектрометра был подключен резонатор, аналогичный рабочему, в результате чего чувствительность волноводного моста к флуктуации частоты СВЧ источника резко уменьшилась. Однако, как показывает наш опыт, наличие двух резонаторов чрезвычайно затрудняет настройку такого радиоспектрометра и делает его очень чувствительным ко всякого рода температурным влияниям и механическим вибрациям. [c.34] Кроме того, необходимо, чтобы эксплуатация спектрометра не требовала специальной радиотехнической подготовки. [c.35] При изменении температуры в ходе химической реакции или при облучении образца его электрические свойства и геометрические размеры могут заметно меняться. Кроме того, в ходе реакции могут бурно выделяться пузырьки газа. Указанные причины приводят к изменению взаимной настройки клистрона и резонатора. Поэтому, учитывая соображения, приведенные в 1 гл. II, для спектрометра ЭПР-2 была выбрана схема с проходным резонатором (рис. И). В тех случаях, когда требуется в очень широких пределах менять величину поступающей с выхода СВЧ генератора мощности Рц, конструкция волноводной части спектрометра предусматривает возможность путем несложных переделок дополнить схему волноводным шунтом (аналогично рис. 4). Для повышения чувствительности (а также устойчивости к механическим вибрациям) в спектрометре применена система двойной магнитной модуляции. [c.35] ВЧ магнитное поле модуляции создается по методу, предложенному в [13], где резонатор частично разрезается таким образом, чтобы щель в его стенках не пересекала линий СВЧ тока на них. ВЧ ток от генератора (модулятора) подводится непосредственно к корпусу резонатора. Чаще всего в описываемом спектрометре применяется цилиндрический резонатор с типом колебаний Иои- На стенках такого резонатора аксиальных составляющих СВЧ тока нет, поэтому щель, прорезанная в плоскости, перпендикулярной к оси резонатора, существенно не нарушает структуры электромагнитного поля внутри него. Вследствие этого как резонансная частота, так и добротность резонатора изменяются незначительно даже при щели шириной 2,5 мм. Частота модуляции выбрана / 975 кгц. При такой частоте можно регистрировать еще довольно узкие линии (рис. 12) и в то же время можно получить достаточно малую величину шум-фактора. [c.35] Низкочастотная модуляция (магнитная развертка) в з.ависимости от способа регистрации спектральной линии предусмотрена двух видов. [c.35] Уже отмечалось, что оптимальный шум-фактор радиоспектрометра ЭПР-2 получается при Рц 2 мет. Дальнейшее увеличение мощности сверх этой величины практически не приводит к увеличению чувствительности. Однако применяемый в спектрометре клистрон имеет значительно большую мощность, чем указанная цифра. Это вызвано тем обстоятельством, что при исследовании некоторых образцов (например, водных растворов) параметры связи резонатора с волноводами сильно уменьшаются вследствие увеличения затухания резонатора. В этом случае для поддержания оптимального уровня мощности на СВЧ детекторе приходится увеличивать мощность Р (посредством регулируемого аттенюатора). [c.36] Для контроля частоты колебаний и мощности клистрона, как видно из блок-схемы спектрометра, в СВЧ тракте имеются Два ответвителя. [c.36] Общий вид радиоспектрометра показан на рис. 13. При конструктивной разработке радиоспектрометра основной трудностью была задача защиты усилительного тракта от воздействия наводок со стороны модулятора. Дело в том, что ВЧ ток модуляции, проходящий через корпус резонатора и шины, может достигать очень больиюй величины (до 100 а). Этот ток создает сильное ВЧ магнитное поле, которое и является причиной наводок. Для их уменьшения СВЧ детектор, резонансный усилитель сигнала ЭПР, синхронный детектор сигнала ЭПР, резонансный усилитель АПЧ клистрона, фазовый детектор АПЧ клистрона, ВЧ генератор АПЧ клистрона и клистрон смонтированы в одном металлическом ящике с двойными стенками. Внутренний и внешний ящики имеют электрический контакт друг с другом только в одном месте. Перечисленные выше элементы схемы спектрометра, за исключением синхронного детектора сигнала ЭПР, смонтированы во внутреннем ящике. Все провода, выходящие из такого конструктивного блока, проходят через двухзвенные 1С-фильтры. [c.37] Следует также отметить, что в разработанном на базе ЭПР-2 радиоспектрометре ОКБА Госкомитета по химии при СМ СССР ВЧ магнитная модуляция осуществляется проволочной петлей, помещаемой внутрь резонатора, что позволило значительно уменьшить мощность ВЧ модулятора при одновременном увеличении максимальной амплитуды поля ВЧ модуляции. Кроме того, это дало возможность очень сильно уменьшить уровень ВЧ магнитного поля, создающего наводки, а также помехи, излучаемые в эфир. [c.39] В лабораториях ИХФ АН СССР и ИХКиГ СО АН СССР при химическом применении спектрометров ЭПР установилась определенная методика работы на радиоспектрометрах, которую коротко описать можно следующим образом. [c.39] В тех случаях, когда требуется иметь широкий интервал температур, через резонатор пропускается тонкостенная кварцевая трубка внешним диаметром 8—9 лш. Через эту трубку пропускается сухой газ с нужной температурой. Ампула с образцом укрепляется в этой трубке таким образом, чтобы образец располагался внутри кварцевой трубки в средней части резонатора. Температура образца может непрерывно контролироваться термопарой, которая, как показывает опыт, не нарушает работы спектрометра, если ее ввести в резонатор в месте расположения образца. [c.39] Измерение ширины линии при регистрации на самописце производится обычно по эталонным образцам с известным расщеплением сверхтонкой структуры. Вначале записывается эталонный образец и определяется, таким образом, цена одного деления на ленте самописца в эрстедах. После этого легко определить ширину или расщепление исследуемой линии. [c.39] Вернуться к основной статье