DE1673185C - Vorrichtung zum Entkoppeln der Spins von zwei Gruppen gyromagnetischer Partikel - Google Patents

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- richtung nach dem älteren Vorschlag so abzuändern, kennzeichnet, daß die beiden Partikelgruppen je- 40 daß die Spin-Spin-Entkopplung wirksamer durchweils Kerne sind. geführt wird, so daß frequenzmäßig eng benachbarte

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Gruppen entkoppelt werden können, ohne daß die gekennzeichnet, daß die drei magnetischen Wechsel- Atomteile der zu beobachtenden Gruppe aus der felder Hochfrequenzfelder sind und die beiden gewünschten Orientierung herausgekippt werden, und Entkopplungs-Wechselfelder H₂ und H₃ größere 45 in der auch Verschiebungen der Resonanzfrequenz Amplituden haben als das Erregungs-Wechsel- der beobachteien Gruppe aufgrund des Entkopplungsfeld H₁. feldes H₂ effektiv vermieden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- In Weiterbildung des älteren Vorschlages werden zur kennzeichnet, daß die beiden Entkopplungs- Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß die Fre-Wechselfelder H₂ und H₃ im wesentlichen gleiche 50 quenzen ω₂ und a>₃ der beiden Entkopplungs-Wechsel-Stärke haben und sich in der Frequenz vom Er- felder H₂ und H₃ zur Verhinderung einer Rekopplung regungs-Wechselfeld H₁ um im wesentlichen gleiche der Spins der beiden Partikelgruppen so gewählt, daß Frequenzen unterscheiden. die Frequenz W₁ des Erregungs-Wechselfeldes H₁ zwi-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 sehen diesen beiden Frequenzen liegt.

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ₅₅ " Der Spin der beobachteten Gruppe präzediert bei

eines der magnetischen Wechselfelder von einem solcher Wahl der Frequenzen weder mit dem Feld H₂

Hochfrequenzgenerator erzeugt wird, das magne- noch mit H₃, sondern bleibt zunächst in Richtung des

tische Polarisationsfeld H₀ moduliert ist und daß Polarisationsfeldes H₀ polarisiert bzw. präzediert nach

die Modulationsfrequenz ihrerseits frequenzmodu- Erregung mit dem Erregungsfeld H₁ mit dessen

liert ist. 60 Frequenz ω! um den Feldvektor des Polarisationsfeldes H₀.

Als Partikelgruppen kommen verschiedene Bestandteile in Frage, bei Anwendung der Vorrichtung im Zusammenhang mit der Untersuchung der magne-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ent- 65 tischen Kernresonanz werden als Partikeln üblicherkoppeln der Spins einer Gruppe von gyromagnetischen weise Kerne gewählt.

Partikeln von den Spins einer Gruppe von zu be- Die drei magnetischen Wechselfelder können Hochobachtenden gyromagnetischen Partikeln in einer frequenzfelder sein, vorzugsweise haben dann die

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beiden Entkopplungs-Wechselfelder H₂ und H₃ größere ersichtlich kein /Z₀-FeId und wird in Richtung des

Amplituden als das Erregungs-Wechselfeld H₁. Ins- /Z₂-Feldes polarisiert, das rechtwicklig zum PoIa-

besondere haben die beiden Entkopplungs-Wechsel- risationsfeld H₀ liegt. Weil die in Resonanz befind-

feider ZZ₂ und /Z₃ im wesentlichen gleiche Stärke und liehen Atomteile jetzt keine statische Spin-Kompo-

unterscheiden sich in der Frequenz vom Ecregungs- 5 nente in der //„-Richtung haben, sind sie von be-

Wechselfeld H₁ um im wesentlichen gleiche Frequenzen, nachbarten Atomteilen, die mit H₀ ausgerichtet sind,

so daß die beiden Entkopplungswechselfelder ge- entkoppelt. Wenn die benachbarten Atomteile aber

wissennaßen symmetrisch zum Erregungsfeld liegen dicht an Resonanz mit ω₂ liegen, richten sie sich mit

und sich so in ihrer Wirkung auf die beobachteten der Vektorsumme H_ett aus, die die Vektorsumme von

Partikeln auch streng theeretisch aufheben. Je nach der xo H_a und H₂ ist, wobei

zu untersuchenden Substanz muß diese Symmetrie- Co₂

bedingung mehr oder weniger streng eingehalten H_a — H₀ —,

werden. '

Wenigstens eines der magnetischen Wechselfelder mit γ als dem gyromagnetischen Verhältnis der Atomwird von einem Hochfrequenzgenerator erzeugt, wenn 15 teile. Daraus ergibt sich, daß zwar das Feld H₂ eine jedoch das magnetische Polarisationsfeld H₀ moduliert erste Gruppe in seiner Richtung ausrichtet, eine ist, kann diese Modulationsfrequenz ihrerseits fre- benachbarte, zu beobachtende Gruppe aber mit H_ett quenzmoduliert werden, um auf diese Weise wenig- ausgerichtet sein kann, die ebenfalls eine Komponente stens ein anderes der magnetischen Wechselfeider aufweist, die statisch mit der ersten Gruppe gekoppelt zu erzeugen, was den Vorteil hat, daß es nicht not- ao ist, und zwar als Ergebnis der kohärenten Präzession wendig ist, drei Hochfrequenzgeneratoren zu ver- der beiden Gruppen. Nachdem die opiimale Entwenden, die in der Frequenz nur wenig voneinander kopplungsbedingung erreicht ist, versucht jede merkabweichen. _]iche vergrößerung der Feldstärke von H₂ die Atom-

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher teile der beiden Gruppen zu rekoppeln. Mit anderen

erläutert werden; es zeigt as Worten, wenn der Winkel zwischen den Vektoren Hm

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen und H₂ kleiner wird, wird die Spin-Kopplung zwischen

Vorrichtung, den mit H_eti und H₂ ausgerichteten Gruppen größer.

F i g. 2 a und 2 b Vektordiagramme zur Erläuterung Es ist zu erwähnen, daß bei Veränderung der Größe

der Erfindung und des Vektors ZZ_eft relativ zum Vektor H_a die Resonanz-

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Aus- 30 frequenz der beobachteten Gruppe verschoben wird,

führungsform der Erfindung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird

Gemäß F i g. 1 ist eine Sonde 10, die eine zu ein dritter HF-Generator 34 verwendet, um ein zweites

analysierende Probe enthält, zwischen den Polen eines Entkopplungs-Magnetfeld H₃ an die Spule der Sonde

Magneten 12 angeordnet, der ein Polarisationsmagnet- 10 mit einer Frequenz und Größe zu liefern, das die

feld H₀ von beispielsweise 14 000Gauß liefert. Ein 35 Resoanz der beobachteten Gruppe mit dem //etf-rcld

HF-Generator 14 liefert ein HF-Signal mit der auslöscht, so daß das unerwünschte Kippen der

Larmor-Frequenz toj der Atomteile oder Kerne von beobachteten Kerne zum H₂-Vektor eliminiert wird

beispielsweise 60 MHz und 0,1 Milligauß an eine (vgl. dazu Fig. 2b). Das FeIdZZ₃ kann eine Größe

Spule in der Sonde 10 senkrecht zum Polarisations- von 5 Milligauß haben, die gleiche wie H₂, und eine

feld H₀. Ein Modulationsoszillator 16 liefert einen 40 Frequenz ω₃ von 60MHz—100Hz. Selbstverständ-

niederfrequenten Strom an eine Vorstromspule 18, die lieh kann cu₃ eine andere Größe und Frequenz als die

die Sonde umfaßt, so daß das Polarisationsmagnet- beispielsweise angegebenen Werte haben, soll aber

feld H₀ an der Sonde moduliert wird und der Re- auf jeden Fall ein Ausgleichs- und Kompensations-

sonanzbereich der Kerne mehrfach durchlaufen wird. feld Hi„ liefern, das der Kippwirkung des Ent-

Das durch die präzedierenden Kerne erzeugte 45 kopplungsfeldes H₂ auf die beobachtete Gruppe ent-Wechselfeld induziert in einer Empfängerspule eine gegenwirkt. Auf diese Weise wird eine wesentlich Spannung, die an einen Vorverstärker 20 und dann verbesserte Spin-Entkopplung der zweiten Gruppe von an einen HF-Verstärker 22 geliefert wird. Das ver- der beobachteten Gruppe erreicht. Bei geeigneter stärkte Signal wird in einem Phasendetektor 24 mit Größe und Frequenz von H₃ kann auch die Resonanzdem HF-Signal vom Generator 14 detektiert. Der 5° frequenz der beobachteten Gruppe auf ihren urniederfrequente Ausgang von beispielsweise 2000 Hz sprünglichen Wert zurückgeschoben werden, weil die wird dann in einem NF-Verstärker 26 verstärkt, und Wirkung von H₂ auf die Linienlage beseitigt wird,
das verstärkte Signal wird in einem NF-Phasendetektor Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 28 mit dem Modulationssignal vom Oszillator 16 F i g. 3 veranschaulicht, wo nur ein einziger HF-detektiert. Das so erhaltene Gleichstromsignal wird 55 Generator 14 verwendet wird, um ein Wechselfeld H₁ in einem Schreiber 30 aufgezeichnet. mit einer Frequenz ω, zu liefern, mit dem die Atom-

Ein kräftiges Wechselfeld H₂ wird senkrecht zu H₀ teile im Polnrisationsfeld H₀ orientiert werden. Ein

mittels eines HF-Genera*ors 32 angelegt, der an die erster Modulationsoszillator 36 liefert ein Signal mit

Spule der Sonde 10 gekoppelt ist. Das HF-FeIdZZ₂ einer Frequenz w_m, das durch einen Polschuh 38

hat eine Frequenz in der Nähe der Larmor-Frequenz, 60 auf die Probe gegeben wird, so daß ein Seitenband

beispielsweise 60 MHz plus 100 Hz, und kann eine W₁ ± co_m, erzeugt wird und in diesem Seitenband

Größe von 5 Milligauß haben. Dieses starke Feld ZZ₂ werden die interessierenden Atomteile beobachtet,

entkoppelt die Sekundärkerne effektiv von den Ein zweiter Modulationsoszillator 40 liefert ein Modu-

Kernen der beobachteten Gruppe und wird deshalb lationssignal der Frequenz w_m2 über eine Spule 42

als Entkopplungsfeld bezeichnet. 65 mit genügender Amplitude, um eine Entkopplung der

Fig. 2a zeigt das von der entkoppelten Gruppe beiden verschiedenen in der Probe enthaltenen Grup-

gesehene Magnetfeld in einem mit a>₂ rotierenden pen zu erreichen. Diese Modulation bewirkt jedoch

Koordinatensystem. Die entkoppelte Gruppe sieht den gleichen Kippeffekt, der bei der Einführung des

Entkopplungsfeldes H₂ festgestellt wurde, was bei der Ausführungsform nach F i g. 1 durch den HF-Generator 32 geliefert wurde. Um einen solchen Kippeffekt zu kompensieren, wird deshalb ein dritter Modulationsoszillator 44 verwendet, mit dem ein zweites Entkopplungssignal mit der Frequenz w_ms durch eine Spule 46 geliefert wird, das dazu dient, die Atomteile der beiden Gruppen effektiv zu entkoppeln.

Bei einem Ausführungsbeispiel eines solchen Seitenbandsyslems wurde der HF-Generator 14 mit 60 MHz betrieben, der Modulationsoszillator 36 lieferte 5 kHz, so daß sich ein Seitenband von 60 005 kHz ergab, mit dem die interessierenden Atomteile beobachtet wurden. Der Modulationsoszillator 40 liefert ein Signal von 5100 Hz, so daß sich ein Seitenbandsignal von 60 005,1 kHz ergibt, mit dem entkoppelt wird. Ein zweites Entkopplungssignal von 4900 Hz vom Modulationsoszillator 44 ergibt ein weiteres Signal von 60 004,9 kHz. Dieses zweite Entkopplungssignal dient dazu, das erste Entkopplungssignal zu kompensieren, so daß die zu beobachtenden Atomteile im wesentlichen mit dem /Z₀-FeId ausgerichtet sind. Auf diese Weise wird eine verbesserte Entkopplung mit einer entsprechenden Verbesserung in der Auflösung des beobachteten Spektralzuges erreicht.

Die erfindungsgemäße gyromagnetische Vorrichtung ist nicht auf eine spezielle Ausführungsform oder die obenerwähnten Parameter eingeschränkt. Beispielweise kann das zweite Entkopplungsfeld H₃, das H'_a( liefert, als ein Seitenband von H₂ mit der doppelten Frequenz der Feldmodulation · abgeleitet werden. Damit würden H₂ und H₃ dazu dienen, die zweite Gruppe effektiv zu entkoppeln. Eine Differential-Verstärkungsregelung kann dazu verwendet werden,

ίο H₂ und H₃ zu verändern, aber den kombinierten Eritkopplungseffekt konstant zu halten. Bei einem bestimmten Wert von H₂ und H₃ wird eine Kompensation für die effektive Wirkung von H₂ und H₃ auf die beobachtete Gruppe erreicht. Wenn zwei Kerngruppen gleichzeitig durch zwei //₂-Felder mit getrennten Frequenzen entkoppelt werden, braucht nur ein einziges i/₃-Kompensationsfeld verwendet zu werden.

Weiter kann die Vorrichtung eine Kombination

der HF-Generatoren der Ausführungsform nach

ao F i g. 1 und der Modulationsoszillatoren nach F i g. 3 enthalten. Die Erfindung kann auch ohne den NF-Phasendetektor, den an diesen angeschlossenen Modulationsoszillator und den NF-Verstärker ausgeführt werden, wenn der Ausgang vom Phasendetektor 24 direkt zum Schreiber geführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ι 2 Probe, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Patentansprüche: polarisierenden Magnetfeldes H0, einer Sonde zur : Aufnahme der Probe mit den beiden spingekoppelten

1. Vorrichtung zum Entkoppeln der Spins einer Gruppen in dem Polarisationsfeld H₀, wenigstens Gruppe von gyromagnetischen Partikeln von den 5 einem Sender, mit dem ein magnetisches Erregungs-Spins einer Gruppe von zu beobachtenden gyro- Wechselfeld H₁ an die Probe angelegt wird, einem magnetischen Panikein in einer Probe, mit einer über die Sonde mit dem Sender gekoppelten Emp-Einrichtung zur Erzeugung eines polarisierenden fänger, wobei die Kopplung zwischen dem Sender Magnetfeldes H₀, einer Sonde zur Aufnahme der und dem Empfänger durch die gyromagnetische Probe mit den beiden spingekoppelten Gruppen io Resonanz der zu beobachtenden Partikelgruppe gein dem Polarisationsfeld H₀, wenigstens einem ändert wird, einer Einrichtung zum Wobbein des Sender, mit dem ein magnetisches Errcgungs- Verhältnisses der Senderfrequenz zur Stärke des Wechselfeld H₁ an die Probe angelegt wird, einem Polarisationsfeldes H₀ durch den gyromagnetischen über die Sonde mit dem Sender gekoppelten Spektralbereich der zu beobachtenden Partikelgruppe, Empfänger, wobei die Kopplung zwischen dem 15 einer Detektoreinrichtung, mit der die dem Empfänger Sender und dem Empfänger durch die gyro- zugegangene Energiemenge festgestellt wird, um die magnetische Resonanz der zu beobachtenden gyromagnetischen Spektrallinien der zu beobachtenden Partikelgruppe geändert wird, einer Einrichtung Partikelgruppe in Abhängigkeit von der Wobbelung zum Wobbein des Verhältnisses der Senderfrequenz darzustellen, und einer Einrichtung, mit der ein zur Stärke des Polarisationsfeldes H₀ durch den ao magnetisches Entkopplungs-Wechselfeld H₂ an die gyromagnetischen Spektralbereich der zu be- Probe angelegt wird.

obachtenden Partikelgruppe, einer Detektorein- Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine solche richtung, mit der die dem Empfänger zugegangene bekannte Vorrichtung mit einer Einrichtung auszu-Energiemenge festgestellt wird, um die gyro- statten, mit der ein zweites magnetisches Entkoppmagnetische Spektrallinien der zu beobachtenden as lungs-Wechselfeld H₃ erzeugt und an die Probe an-Partikelgruppe in Abhängigkeit von der Wobbelung gelegt wird (deutsches Patent 1 296 417).
darzustellen, einer Einrichtung, mit der ein magne- Das Vorhandensein eines kräftigen Entkopplungstisches Entkopplungs-Wechselfeld H₂ an die Probe feldes H₂ auf einer Frequenz in unmittelbarer Nachangelegt wird, und einer Einrichtung, mit der barschaft der Resonanzfrequenz der beobachteten ein zweites magnetisches EntkoppJungs-Wechsel- 30 Gruppe bewirkt sowohl eine Resonanzverschiebung feld H₃ erzeugt und an die Probe angelegt wird, der Frequenz der beobachteten Gruppe als auch eine dadurch gekennzeichnet, daß die Fre- Rekopplung der Spins. Das Spin-System der entquenzen 1 >₂ und ω₃ der beiden Entkopplungs- koppelten Gruppe ist zwar mit dem zweiten Ent-Wechselfelder H_t und H₃ zur Verhinderung einer kopplungsfeld H₂ ausgerichtet, es kann jedoch eine Rekopplung der Spins der beiden Partikelgruppen 35 Rekopplung eintreten, weil auch die Spins der beso gewählt sind, daß die Frequenz to, des Er- obachteten Gruppe von H₀ wegkippen, nachdem regungs-Wechselfeldes H₁ zwischen diesen beiden diese ebenfalls mit H₂ präzediert.
Frequenzen liegt. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Vor-