AtomLab_labwork_2-2 (829248), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

1.Таблица. 1. Основные технические параметры спектрометра ЭПР-10 МИНИЧувствительностьспин/Гс2·10103·10-6РазрешениеРабочая частотаГГцДобротность резонатора, не менее9,0…9,68000Стабильность частоты микроволнового генератора-1час10-6Диапазон изменения микроволновой мощностимВт0,15…70Частота модуляциикГц100Диапазон изменения модуляцииГсДиапазон изменения индукции магнитного поляТл0,12…100,05…0,5-1Стабильность магнитного полячас2·10-5Магнитный зазормм24Диаметр полюсных наконечниковмм86Максимальный диаметр ампулы с образцомммКоэффициент усиления15000 (2 -1)ИнтерфейсRS-232Назначение и состав функциональных узлов модели ЭПР-10 МИНИВнешний вид прибора показан на рис. 7.Образцы1116Микроволновый блокОсциллографЭлектромагнитУсилитель мощностиРис.

7. Внешний вид ЭПР-спектрометра ЭПР-10 МИНИ180© www.phys.nsu.ruЭлектромагнитЭлектромагнит (ЭМ) создает поляризующее магнитное поле. Диаметр полюсных наконечников86 мм. Зазор между полюсными наконечниками 24 мм. Однородность магнитного поля не хуже30,1 Гс в объеме1 см . ЭМ снабжен устройством настройки однородности магнитного поля.РезонаторРабочий резонатор (РР) представляет собой цилиндрический резонатор с типом колебанийТЕ 011. На стенках резонатора, параллельных полюсным наконечникам, расположены катушкимодуляции (КМ), предназначенные для создания высокочастотной модуляции магнитного поля начастоте 100 КГц. Резонатор снабжен диэлектрическим винтом регулировки связи резонатора сволноводом. Диаметр отверстия для образца - 11 мм.Микроволновый блокМикроволновый блок (МБ) создает энергию микроволнового поля, поступающего в резонатори обеспечивает детектирование сигнала ЭПР.

Схема МБ показана на рис. 8.К частотомеруРис. 8. Функциональная схема микроволнового блокаМикроволновый генератор МГ на диоде Ганна генерирует энергию микроволнового поля вдиапазоне частот 9,0 - 9,6 ГГц. Перестройка частоты МГ осуществляется механически с помощьюспециального устройства. МГ снабжен также системой электрического управления частотой вдиапазоне 30 МГц. Частота МГ стабилизируется по рабочему резонатору системой автоматическойподстройки частоты АПЧ.

Ферритовый вентиль ФВ служит для стабилизации режима работы МГ.Направленный ответвитель НО отводит часть микроволновой мощности (ММ) из основного канала вволноводный шунт. Аттенюатор АТТ служит для регулирования мощности микроволнового поля,поступающей в РР, и снабжен механизмом регулирования мощности. Y-циркулятор Y обеспечиваетподключение РР по отражательной схеме таким образом, что мощность из плеча 1 поступает тольков плечо 2, а из плеча 2 в плечо 3 поступает только мощность, отраженная от РР.181© www.phys.nsu.ruБалансный детектор БД выполнен на щелевом мосте и детекторах Д1 и Д2.

БД имеет двавыхода: сигнальный С и опорный О. Волноводный шунт служит для передачи и формированияопорного сигнала, поступающего на БД и включает в себя фазовращатель Ф и волноводныйпереключатель ВП. Фазовращатель служит для настройки БД на максимум сигнала (минимум шумовна выходе системы регистрации) и снабжен механизмом регулирования фазы. Волноводныйпереключатель ВП служит для подачи, отключения опорного сигнала, поступающего на БД. Петлясвязи ПС служит для отвода мощности (1 мВт) на внешний измеритель частоты.В МБ расположен также предварительный усилитель, входная цепь которого выполнена в видетрансформатора,согласующеговыходноенапряжениебалансногодетекторасвходнымсопротивлением усилителя. Вторичная обмотка трансформатора настроена в резонанс на частоту100 КГц.На передней панели МБ расположены следующие органы регулировки и индикации (рис.

9):индикатор тока детектора Д2;два светодиодных индикатора режима работы системы АПЧ;переключатель"Настройка (Т) – измерение (М)",регулирующийположениепереключателя;регулятор мощности в основном канале МW Power;регулятор фазы опорного сигнала Phase;настройка частоты микроволнового генератора Freq;шкала индикации частоты микроволнового генератора (ГГц);шкала индикации мощности в основном канале (мВт).Индикатортока детектораШкала мощностиШкала частотыРис. 9. Вид передней панели микроволнового блока182волнового© www.phys.nsu.ruРазъем «Частотомер» для подключения внешнего измерителя микроволновой частотырасположен на задней панели МБ.

На задней панели МБ расположены также разъем Х1 питания МГи системы АПЧ, разъем Х2 питания предварительного усилителя и подключения выходапредварительного усилителя к БУРС.Блок управления и регистрации сигнала ЭПР (БУРС.БУРС представляет собой микропроцессорную систему на базе микроконтроллера Motorola.Блок выполнен на общей печатной плате, в случае неисправности подлежащей замене целиком.Блок управления содержит в себе интерфейс RS232 для подключения к персональному компьютеру,устройствоформированияуправляющегонапряжениядляуправлениямагнитнымполем,формирователь сигнала ВЧ модуляции, управляемого по амплитуде и фазе, управляемый усилитель сдинамическим диапазоном 15000 и детектор сигнала ЭПР.Усилитель мощности (УМ)УМ создает ток высокочастотной модуляции магнитного поля в катушках модуляции.

УМрасположен в экранирующем корпусе и укреплен на шасси прибора. На корпусе установленыразъемы питания, входа сигнала высокочастотной модуляции и подключения модуляционныхкатушек.Порядок выполнения работыНастройка спектрометра.Включить прибор и настроить его согласно инструкции. Используйте вначале образец № 1 «Mnв MgО + ДФПГ».

Запишите спектр ЭПР марганца. Он состоит из шести линий сверхтонкойструктуры и линии ДФПГ, добавленной для калибровки (рис. 10).Рис. 10. Вид окна программы с записанным ЭПР-спектром марганца183© www.phys.nsu.ruУпражнение 1. Используя программное обеспечение прибора, измерьте ширину одной из линий Mnи ширину линии ДФПГ (рис. 13).Упражнение 2. Запишите спектр ЭПР «CuCl2 + ДФПГ»образца три - четыре раза, поворачиваяампулу вокруг оси. Убедитесь, что сигнал CuCl2 смещается. Найдите максимальное смещение иизмерьте его.

Измерьте также ширину сигнала CuCl2 (рис. 14).Рис. 14. Спектр CuCl2, сохраненный в виде pdf-файлаОбработка результатов измеренийОбразец № 1 содержит в одной ампуле монокристалл MgO с включенным в него Мn2+ инебольшое количество стабильного радикала дифенилпикрилгидразила, сокращенно ДФПГ(структурную формулу /I/ см. на рис. 4). Спектр ионов Мn2+ представляет собой шестьприблизительно равноотстоящих интенсивных линий, вызванных СТВ с ядрами Мn, спин которых I =5/2. Спектр ДФПГ представляет собой интенсивную узкую синглетную линию в центре.

Кроме того, наспектре видны и другие слабые линии. Заметьте, что их расположение и количество сильно зависит оториентации монокристалла во внешнем магнитном поле H0. Точное положение линий Mn2+описывается формулой:2g  B aÑÒÂ aÑÒÂmI I I  1  mI2 ,g B2hhH mI  g-фактор ионов Мn2равен g = 1,9993. Частота генерации диода Ганна составляет примерно9,6 ГГц. По спектру ЭПР заметно, что расстояние между компонентами сверхтонкой структуры сразличными проекциями спина ядра mI  5 / 2, 3/ 2, 1/ 2, 1/ 2, 3/ 2, 5 / 2 растет с увеличением mI .Константа сверхтонкого взаимодействия аCTB равна 96 Гс.

Как видно из формулы, расстояние междутретьей и четвертой компонентами СТС в точности равно аCTB. Линии иона Мn2+ часто используют вкачестве эталона при записи спектров ЭПР.В табл. 2 представлен паспорт к эталону Mn2+ в MgO.184© www.phys.nsu.ruТаблица 2. Паспорт к эталону Mn2+ в MgO.Н, эрстедПромежуток между линиямипоглощения1–282.38  0.052–384.57  0.053–486.76  0.054–589.01  0.055–691. 19  0.05Задания1.

Сравнить полученные экспериментальные данные с данными таблицы и расчетной величиной.2. Рассчитать по измеренному спектру gДФПГ. Сравнить с табличным значением gДФПГ = 2,0036.Контрольные вопросы1. Изобразите схему уровней атома водорода в магнитном поле и его спектр ЭПР с учетом спинапротона.2. Оцените магнитное поле, вызванное наличием у ядра атома собственного магнитного момента, наудалении от ядра порядка размера атома.3.

Что значит слово «парамагнитный» в названии эффекта?4. Почему зарегистрированный сигнал ЭПР двуполярный? Для чего это нужно?5. Объяснить качественно зависимость спектра CuСl2 от ориентации образца6. Оцените время релаксации для Mn и СuCl2 с помощью записанных спектров.7. Оцените длину волны, соответствующую частоте максимального зарегистрированного сдвига вспектре СuCl2.Библиографический список1.Блюменфельд Л. А., Воеводский В.

В., Семенов А. Г. Применение электронногопарамагнитного резонанса в химии. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1962.2.Блюменфельд Л. А., Тихонов А. Н. Электронный парамагнитный резонанс // Соросовскийобразовательный журнал. 1997. № 9. С. 91–99.3.Вонсовский С. В. Магнетизм. М.: Наука, 1971.4.Дзюба С. А. Основы магнитного резонанса: Учеб. пособие. Новосибирск: НГУ, 1994.5.Инграм Д. Электронный парамагнитный резонанс в свободных радикалах. М.: Иностраннаялитература, 1961.6.Керрингтон А., Маклечлан Э. Магнитный резонанс и его применение в химии. М.: Мир,1970.7.

Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика. М., 2000.185© www.phys.nsu.ruПриложение.Медико-биологические применения метода ЭПРПрименения метода ЭПР в биологии и медицине весьма разнообразны. Ежегодно вмире проводятся несколько международных симпозиумов и научных конференций,посвященных различным аспектам медико-биологических применений метода ЭПР.Еще в конце 20-х годов было высказано предположение, что в ходе окислительновосстановительных процессов, протекающих в живой клетке, в качестве промежуточныхпродуктов биохимических реакций должны возникать свободные радикалы - молекулы снеспаренными электронами.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы