RU2140069C1 - Process of excitation of additional signals of echo - Google Patents

Abstract

FIELD: study of structure of chemical compounds. SUBSTANCE: essence of invention consists in excitation of additional signals of echo that includes two-frequency action on sample containing quadruple nuclei with three-level spin system by two radio frequency pulses on each excited transition with basic frequencies equal to frequencies of two adjacent transitions and in recording of echo signals to them. First radio frequency pulse with duration Δt is fed on upper transition, after its termination first pulse on lower transition is fed and then after τ time, where

and T $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(1)}}{\text{2}}$ and T $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(2)}}{\text{2}}$ are times of lateral relaxation of lower and upper transitions, couple of radio pulses with basic frequencies equal to frequencies of upper and lower transitions are fed simultaneously. Duration Δt of first pulse on upper transition is set by maxima of additional signals. EFFECT: possibility of observation of all additional signals of echo with maximal amplitude. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано при изучении структуры и строения химических соединений. The invention relates to the field of radio spectroscopy and can be used to study the structure and structure of chemical compounds.

Известен способ возбуждения дополнительных сигналов эха, включающих двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов отклика на них /1/ - В.С. Гречишкин, Е.М. Шишкин Двухчастотное спиновое эхо с разделением времени// ФТТ. 1974. Т. 16. N 5. С. 1542-1544. A known method of generating additional echo signals, including a two-frequency action on a sample containing quadrupole nuclei with a three-level spin system, two radio frequency pulses at each excited transition with filling frequencies equal to the frequencies of two adjacent transitions, and recording response signals to them / 1 / - V .WITH. Grechishkin, E.M. Shishkin, Two-frequency spin echo with time separation // FTT. 1974.V. 16. N 5.P. 1542-1544.

Недостатком данного способа является невозможность наблюдения всех (четырех) дополнительных сигналов эха при двухчастотном воздействии на трехуровневую квадрупольную спин-систему. The disadvantage of this method is the inability to observe all (four) additional echo signals with a two-frequency exposure to a three-level quadrupole spin system.

Известен также способ возбуждения дополнительных сигналов эха, включающий двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них /2/ - В.С. Гречишкин, Н.Е. Айнбиндер Двухчастотное возбуждение квадрупольного спинового эха// Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. N 3. С. 87-89. Он взят нами за прототип. There is also a method of exciting additional echo signals, including a two-frequency action on a sample containing quadrupole nuclei with a three-level spin system, two radio-frequency pulses at each excited transition with filling frequencies equal to the frequencies of two adjacent transitions, and recording response signals to them / 2 / - V.S. Grechishkin, N.E. Ainbinder Two-frequency excitation of a quadrupole spin echo // JETP Letters. 1967.V. 5. N 3. S. 87-89. It is taken by us as a prototype.

Однако этот способ имеет ряд недостатков: малую чувствительность и низкую точность. Это связано с тем, что интенсивность двухчастотных дополнительных сигналов мала. Поэтому не всегда можно наблюдать все четыре дополнительных сигналов спинового эха. However, this method has several disadvantages: low sensitivity and low accuracy. This is due to the fact that the intensity of the two-frequency additional signals is low. Therefore, it is not always possible to observe all four additional signals of the spin echo.

Задачей данного изобретения является разработка способа возбуждения всех дополнительных сигналов двухчастотного эха, обладающего высокой чувствительностью. The objective of the invention is to develop a method of excitation of all additional signals of a two-frequency echo with high sensitivity.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения: общих с прототипом - способа возбуждения дополнительных сигналов эха, включающего двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков - сначала на верхнем переходе подают радиочастотный импульс с длительностью Δt, после его окончания - первый импульс на нижнем переходе, затем - через время τ, где

а T₂ ¹ и T₂ ² - времена поперечной релаксации нижнего и верхнего переходов, одновременно пару радиочастотных импульсов с частотами заполнения, равными частотам верхнего и нижнего переходов, причем длительность Δt первого импульса на верхнем переходе устанавливают по максимумам дополнительных сигналов.This problem is solved using the essential features specified in the claims: common with the prototype — a method for generating additional echo signals, including a two-frequency action on a sample containing quadrupole nuclei with a three-level spin system, two radio-frequency pulses at each excited transition with filling frequencies equal to the frequencies of two adjacent transitions, and the registration of response signals to them - and distinctive from the closest analogue of the essential features - first at the upper transition odayut RF pulse of duration Δt, after its closure - the first pulse in the lower transition, then - after a time τ, where

and T ₂ ¹ and T ₂ ² are the times of transverse relaxation of the lower and upper transitions, simultaneously a pair of radio frequency pulses with filling frequencies equal to the frequencies of the upper and lower transitions, and the duration Δt of the first pulse at the upper transition is set by the maximums of additional signals.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения с достигаемым результатом. The following discloses the existence of a causal relationship with a combination of essential features of the claimed invention with the achieved result.

Предложенный способ возбуждения всех дополнительных сигналов эха позволяет повысить амплитуды всех откликов за счет применения специальной импульсной программы двухчастотного воздействия на трехуровневую квадрупольную спин-систему. The proposed method of excitation of all additional echo signals makes it possible to increase the amplitudes of all responses due to the use of a special pulse program of two-frequency action on a three-level quadrupole spin system.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что изобретательский уровень высок, раньше такая задача таким образом не решалась. Analysis of the distinguishing features of the present invention showed that the inventive step is high, before such a task was thus not solved.

На фиг. 1. приведена схема уровней и переходов трехуровневой (J = 5/2) квадрупольной спин-системы; на фиг. 2 - импульсная программа двухчастотного возбуждения сигналов спинового эха, позволяющая наблюдать все дополнительные сигналы эха с большой амплитудой. In FIG. 1. a diagram of the levels and transitions of a three-level (J = 5/2) quadrupole spin system is given; in FIG. 2 - pulse program of two-frequency excitation of spin echo signals, allowing to observe all additional echo signals with a large amplitude.

Рассмотрим возбуждение дополнительных сигналов эха по программе на фиг. 2. Сначала подается радиочастотный импульс длительностью Δt на переходе 5/2 - 3/2 с частотой заполнения, равной ω_m+1,m. После окончания этого импульса подается радиочастотный импульс на переходе 3/2 - 1/2 с частотой заполнения этого перехода - ω_m,m-1. Через время τ < T $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(cp)}}{\text{2}}$ , где

а T₂ ¹ и T₂ ² - времена поперечной релаксации переходов 3/2 - 1/2 и 5/2 - 3/2, подаются одновременно два РЧ импульса на каждом переходе с частотами заполнения, равными ω_m+1,m и ω_m,m-1.
На частоте ω_m+1,m наблюдаются:
первый сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

второй сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени
t = 2(Δt+τ);
третий сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

На частоте ω_m,m-1 наблюдаются:
первый сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени
t = Δt+2τ;
второй сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

третий сигнал спинового эха с амплитудой

в момент времени

Здесь

где H₁ и t_W - амплитуда и длительность импульсов РЧ поля, линейнополяризованного вдоль оси X ГЭП (i-нумерует порядок импульсов, а "1" и "01" относятся соответственно к переходам (m<--->m-1) и (m+1<--->m); (I'_x) m, m-1 и (I'_x) m+1, m - элементы матрицы оператора I_x в представлении квадрупольного гамильтониана H_a. Функции A_i(x_i, Y_i), B_i(x_i, Y_i) являются тригонометрическими функциями угловых длительностей радиочастотных импульсов: ω_m,m-1 - частота нижнего перехода, ω_m+1,m - частота верхнего перехода, ω_m+1,m-1= ω_m,m-1+ω_m+1,m - частота двухквантового перехода.Consider the excitation of additional echo signals according to the program of FIG. 2. First, a radio frequency pulse of duration Δt is supplied at the transition 5/2 - 3/2 with a filling frequency equal to ω _{m + 1, m} . After the end of this pulse, a radio-frequency pulse is supplied at the 3/2 - 1/2 transition with the filling frequency of this transition - ω _{m, m-1} . Through time τ <T $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(cp)}}{\text{2}}$ where

and T ₂ ¹ and T ₂ ² are the times of transverse relaxation of the 3/2 - 1/2 and 5/2 - 3/2 transitions; two RF pulses are applied simultaneously at each transition with filling frequencies equal to ω _{m + 1, m} and ω _{m, m-1} .
At the frequency ω _{m + 1, m} are observed:
first spin echo signal with amplitude

at time

second spin echo signal with amplitude

at time
t = 2 (Δt + τ);
third spin echo signal with amplitude

at time

At the frequency ω _{m, m-1} are observed:
first spin echo signal with amplitude

at time
t = Δt + 2τ;
second spin echo signal with amplitude

at time

third spin echo signal with amplitude

at time

Here

where H ₁ and t _W are the amplitude and duration of the pulses of the RF field linearly polarized along the X-axis of the electric field gap (i numbers the order of the pulses, and “1” and “01” refer respectively to transitions (m <---> m-1) and (m + 1 <--->m); (I ' _x ) m, m-1 and (I' _x ) m + 1, m are the matrix elements of the operator I _x in the representation of the quadrupole Hamiltonian H _a . Functions A _i ( x _i , Y _i ), B _i (x _i , Y _i ) are trigonometric functions of the angular durations of radio frequency pulses: ω _{m, m-1} is the frequency of the lower transition, ω _{m + 1, m} is the frequency of the upper transition, ω _{m + 1 , m-1} = ω _{m, m-1} + ω _{m + 1, m} is the frequency of the two-quantum transition.

Выражения (1), (3), (5) и (6) относятся к амплитудам двухчастотных дополнительных сигналов эха. Амплитуды всех наблюдаемых сигналов пропорциональны ω_m+1,m. Местоположение дополнительных сигналов эха зависит от отношения частот ω_m+1,m,ω_m,m-1,ω_m+1,m-1, длительности Δt первого импульса на верхнем переходе, а также временного интервала τ между первыми и вторыми импульсами на обоих возбуждаемых переходах.Expressions (1), (3), (5) and (6) refer to amplitudes of two-frequency additional echo signals. The amplitudes of all the observed signals are proportional to ω _{m + 1, m} . The location of the additional echo signals depends on the ratio of the frequencies ω _{m + 1, m} , ω _{m, m-1} , ω _{m + 1, m-1} , the duration Δt of the first pulse at the upper transition, and also the time interval τ between the first and second pulses at both excited transitions.

Амплитуды дополнительных сигналов эха в прототипе пропорциональны

а в предлагаемом изобретении ω_m+1,m. Так как в случае трехуровневых квадрупольных спин-систем для полуцелых спинов ω_m+1,m > ω_m,m-1. то

, т. е. получен выигрыш в чувствительности

раз.The amplitudes of the additional echo signals in the prototype are proportional

and in the present invention, ω _{m + 1, m} . Since in the case of three-level quadrupole spin systems for half-integer spins, ω _{m + 1, m} > ω _{m, m-1} . then

, i.e. gain in sensitivity

time.

Поведение амплитуд дополнительных сигналов эха очень чувствительно к различным проявлениям внешнего воздействия (давления, магнитного поля, электрического поля и температуры) и внутренних взаимодействий, связанных со структурой и строением вещества, то повышение чувствительности приведет к повышению точности изменяемых параметров. The behavior of the amplitudes of the additional echo signals is very sensitive to various manifestations of external influence (pressure, magnetic field, electric field and temperature) and internal interactions associated with the structure and structure of the substance, then an increase in sensitivity will increase the accuracy of the variable parameters.

Предлагаемое изобретение проверено на образцах, содержащих квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой: перренатах лития, серебра, калия и натрия (резонанс ядер 185,187_Re, J - 5/2).The present invention was tested on samples containing quadrupole nuclei with a three-level spin system: perrenates of lithium, silver, potassium and sodium (resonance of nuclei 185.187 _Re , J - 5/2).

Claims (1)

Способ возбуждения дополнительных сигналов эха, включающий двухчастотное воздействие на образец, содержащий квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, двумя радиочастотными импульсами на каждом возбуждаемом переходе с частотами заполнения, равными частотам двух соседних переходов, и регистрацию сигналов откликов на них, отличающийся тем, что сначала на верхнем переходе подают радиочастотный импульс с длительностью Δt, после его окончания - первый импульс на нижнем переходе, затем - через время τ, где

а T₂ ⁽¹⁾ и T₂ ⁽²⁾ - времена поперечной релаксации нижнего и верхнего переходов, одновременно пару радиочастотных импульсов с частотами заполнения, равными частотам верхнего и нижнего переходов, причем длительность Δt первого импульса на верхнем переходе устанавливают по максимумам дополнительных сигналов эха.A method of exciting additional echo signals, including a two-frequency action on a sample containing quadrupole nuclei with a three-level spin system, two radio frequency pulses at each excited transition with filling frequencies equal to the frequencies of two neighboring transitions, and recording response signals to them, characterized in that at first at the upper transition, a radio frequency pulse with a duration of Δt is supplied, after its completion, the first pulse at the lower transition, then after a time τ, where

and T ₂ ⁽¹⁾ and T ₂ ⁽²⁾ are the times of transverse relaxation of the lower and upper transitions, at the same time a pair of radio frequency pulses with filling frequencies equal to the frequencies of the upper and lower transitions, and the duration Δt of the first pulse at the upper transition is set by the maxima of the additional echo signals .

Images