СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

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.
Для реализации этого принципа действия спектрометры ЭПР содержат 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 (Патент РФ № 2095798 «Спектрометр электронного парамагнитного резонанса», а также спектрометр ЭПР фирмы Advanced analytical instruments PS 100 X.
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. Но, тем не менее, абсолютное значение поглощенной образцом мощности СВЧ-поля мало и незначительно превышает уровень шума.
В малогабаритных спектрометрах ЭПР все блоки, за исключением электромагнита, в зазоре которого установлены катушки высокочастотной модуляции и резонатор, помещаются в один корпус (Spectrometer EPR/ESP X-Band Model 8100, проспект фирмы "Micro-Now Instrument"). При этом блок питания в процессе работы выделяет достаточно большую мощность, нагревая находящиеся в корпусе блоки, в том числе ферромагнитные элементы СВЧ-тракта. Указанный спектрометр выбран в качестве прототипа.
Но в известном приборе блок питания, размещенный в непосредственной близости от блока СВЧ, оказывает температурное влияние на параметры элементов, входящих в блок СВЧ. Нестабильность параметров блока СВЧ вызывает нестабильность параметров всего прибора, которая проявляется в нестабильности резонансных условий, и является причиной ухудшения воспроизводимости результатов измерений. Нестабильность параметров также приводит к увеличению уровня шумов и вызывает уменьшение чувствительности.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание спектрометра ЭПР, на измерения которого не будет оказывать влияние нагрев блока питания.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение чувствительности измерений сигнала ЭПР и улучшение воспроизводимости результатов измерений.
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 з;1зоре 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. Но, в отличие от известного, в предлагаемом спектрометре блок СВЧ 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.
За счет того, что блок СВЧ помещен в отдельный корпус, устраняется влияние на него нагрева блока питания, и таким образом устраняется причина, вызывающая нестабильность параметров элементов блока СВЧ, и влияющей на воспроизводимость результатов измерений прибора и уменьшающая чувствительность.
Размещение блока СВЧ в отдельном корпусе решает еще одну задачу: упрощается доступ оператора к блоку. Дело в том, что в состав блока СВЧ входят два выпрямительных СВЧ диода, которые требуется достаточно часто менять в процессе работы. В известном устройстве эту замену было производить сложно.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически показан пример выполнения спектрометра ЭПР со снятой крышкой.
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. Такое соединение определяет удобство монтажа прибора.
Приведенная схема прибора показывает отсутствие влияния нагрева блока питания на параметры работы СВЧ блока из-за их размещения в разных корпусах, т.е. исключена причина, влияющая на уменьшение чувствительности прибора и вызывающая нестабильность измерений. Также иллюстрируется тот факт, что для замены деталей СВЧ блока, которые наиболее часто выходят из строя, достаточно снять верхнюю крышку корпуса блока СВЧ.