Импульсная и фурье-спектроскопия ЯМР - Фаррар Т.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.1. Блок-схема универсального импульсного спектрометра ЯМР. Детали
устройства датчика показаны на рис. 3.2.
1. Он должен иметь передатчик (усилитель мощности) способный создавать
короткие (1—10 мкс) мощные (100— 1000 В) импульсы ВЧ-колебаний. Время
нарастания и спада огибающей импульса должно быть мало по сравнению с
длительностью импульса.
2. Мощность передатчика должна использоваться с высокой
эффективностью. Иначе говоря, Н4 в образце должно быть велико по
сравнению с шириной исследуемого спектра. Обычно это означает, что Яi
должно лежать в диапазоне от 10 до нескольких сот гаусс.
3. После окончания ВЧ-импульса колебания в контуре должны быстро (в
течение 20 мкс и менее) затухать.
4. Должна быть обеспечена эффективная связь образца с приемником,
чтобы получить максимальное отношение сигнала ядерной индукции к шуму.
5. Время восстановления приемника после перегрузки, вызванной
воздействием импульса Нь должно быть очень мало (2—3 мкс и менее).
Аппаратура 63
6. Для обеспечения минимальной перегрузи! и минимального времени
восстановления должна быть обеспечена хорошая развязка приемника и
передатчика друг от друга.
7. Поле Hi во всем объеме образца должно быть как можно более
однородным.
8. Постоянное магнитное поле Н0 также должно быть очень однородным,
как и в любом эксперименте с высоким разрешением.
9. В отсутствие импульса излучение (утечка) ВЧ-энер-гии с резонансной
частотой в помещение лаборатории должно отсутствовать.
10. Программатор импульсных последовательностей должен иметь очень
стабильный задающий генератор и позволять точно задавать все промежутки
времени.
Напомним еще раз, что во многих экспериментах некоторые из приведенных
выше требований могут быть значительно ослаблены. Какие именно требования
и в какой степени могут быть ослаблены, зависит, конечно, от конкретного
эксперимента. Если спектрометр удовлетворяет всем приведенным выше
требованиям, то на нем можно будет провести все эксперименты,
рассмотренные в этой книге.
Малый объем книги не позволяет подробно рассмотреть здесь причины
появления этих различных требований; мы рассмотрим только некоторые из
наиболее важных соображений и укажем, какие особенности, вообще говоря,
являются необходимыми. Более подробные сведения читатель может найти в
литературе [17—22]. Как мы вскоре увидим, многие из приведенных выше
требований являются почти взаимоисключающими.
3.2. Датчик ЯМР
К датчику предъявляются довольно жесткие требования. Он. должен иметь
достаточно малые размеры, чтобы легко помещаться между полюсными
наконечниками магнита или в отверстии сверхпроводящего соленоида. Вообще
говоря, он должен выдерживать большие ВЧ-напряжения при подаче на него
импульсов; он должен быстро восстанавливать чувствительность после такого
мощного импульса и начинать воспринимать слабые сигналы ядер-ной
индукции, следующие за импульсом. Кроме того, в
64 Глава S
Переватчик
К схеме
тг
Л/4
Последовательное : включение г диодов
Диодный
шунт
Предусилитель
К блоку гетероядерной шумовой развязки
и
приемник
Рис. 3.2. Датчик ЯМР. Резонансный контур образца состоит из Li и Ci.
Контур L2C2 используется для подачи на образец мощности гетероядерной
развязки. Контур L3C3 служит для ЯМР-стабилиза-ции условий резонанса по
дополнительному образцу. Включенные встречно-параллельно диоды и
четвертьволновые отрезки ВЧ-ка-беля используются для одновременной
оптимизации характеристик схемы как для мощных коротких сигналов
(импульсов), так и для очень слабых медленно спадающих индуцированных
сигналов.
ряде случаев он должен непрерывно создавать в образце модулированное
шумом или когерентное поле для подавления спин-спинового взаимодействия;
это второе ВЧ-поле не должно мешать приему сигнала. И наконец, в датчике
должны находиться элементы схемы, обеспечивающей стабилизацию соотношения
напряженности магнитного поля и рабочей частоты импульсного спектрометра
ЯМР, т. е. стабилизацию условий резонанса.
Осуществить все эти требования можно несколькими способами. Один из них
показан на рис. 3.21. Изучаемый
1 При обсуждении данного примера мы в основном будем иметь в виду
импульсный ЯМР-спектрометр для 13С с преобразованием Фурье, стабилизацией
поля и подавлением взаимодействия с протонами. Вероятно, этот случай
представляет собой один из наиболее тонких импульсных экспериментов,
проводимых в настоящее вре-
Annapatypa 65
образец находится в катушке Lt ВЧ-контура, настраиваемого конденсатором Q
на ларморову частоту. Этот контур образует «сердце» импульсной системы.
Контур связан как с импульсным передатчиком, так и с приемником-
детектором. L2 и С2— настроенный контур широкополосной схемы подавления,
применяемой в показанном здесь спектрометре для подавления спин-спинового
взаимодействия протонов с ядрами 18С образца. L3 и С3 на рис. 3.2 —
резонансный контур схемы стабилизации условий резонанса по контрольному
образцу («внешняя» стабилизация). Если применяется «внутренняя»
