2. Стационарные методы детектирования сигналов ямр

Э кспериментальные аспекты ЯМР детально изложены в монографии [3]. Мы остановимся здесь только на принципах и возможностях различных методов детектирования ЯМР. В большинстве методов детектирование сигналов ЯМР основано на регистрации изменений характеристик -контура, в катушку индуктивности которого помещён исследуемый образец. Омические потери в катушке параллельного контура (рис. 3) можно учесть, вводя последовательно включённое сопротивление . Эти потери на частоте характеризуются тангенсом угла потерь и добротностью

для хороших катушек Последовательно включённое сопротивление эквивалентно параллельно включённому сопротивлению связанному с соотношением

Потери в конденсаторе также можно учесть с помощью параллельно включённого сопротивления Однако в ЯМР экспериментах обычно используются такие контуры, добротность конденсаторов которых значительно выше добротности катушек; поэтому потерями в конденсаторах можно пренебречь (R_C  ).

Если в катушку поместить образец, то её индуктивность становится равной

где – коэффициент заполнения катушки, определяемый как отношение объёма образца к действующему объёму катушки, и – комплексная ядерная магнитная восприимчивость, которая, как было показано в предыдущей главе, претерпевает большие изменения в окрестности резонансной частоты

2.1. Метод -метра

Структурная схема установки приведена на рис.4. Проводимость параллельного контура равна

Поскольку 4  1, при резонансе имеем:

Изменение проводимости при магнитном резонансе вызывает максимальное изменение напряжения высокой частоты на контуре в том случае, когда полный ток контура не меняется по величине. Это условие выполняется, если генератор ВЧ имеет высокое внутреннее сопротивление, или если связь генератора с контуром осуществляется через импеданс который очень велик по сравнению с импедансом параллельного контура, т.е. Z_GG^–1(роль могут играть, например, большое омическое сопротивление или конденсатор малой ёмкости). Падение напряжения ВЧ на контуре равно

и в отсутствие сигнала ЯМР

Поскольку 4Q 1, мы можем записать

г де в результате изменение напряжения на контуре при резонансе

оказывается пропорциональным мнимой части комплексной восприимчивости,

т.е. поглощению. В методе -метра сигнал ЯМР появляется в виде очень малой модуляции напряжения , существующего и в отсутствие сигнала.

Усиление величины до значения достаточного для детектирования, приводит к очень большим значениям ; это обстоятельство ограничивает коэффициент усиления по высокой частоте.

2.2. Мостовой детектор

В мостовом методе детектирования напряжение на контуре компенсируют, складывая с ним перед усилением напряжение почти равное ему по амплитуде и почти противоположное по фазе. В этом случае усиливаемое и детектируемое напряжение равно

Д ля стабильной работы устройства (структурная схема ВЧ части изображена на рис.5) желательно избегать полной компенсации и сохранять условие U₀ – U₁U. Разности можно придать любую фазу относительно . Записывая где – вещественная величина, находим:

В силу малости величины в фигурных скобках существенны только первые два члена. При амплитуда в первом приближении зависит только от (сигнал поглощения), а при – только от (сигнал дисперсии). При промежуточных значениях напряжение, поступающее с выхода моста на усилитель высокой частоты, содержит смесь сигналов поглощения и дисперсии.