用于电子顺磁谐振探头的微波谐振器，包括：支持电磁微波谐振模式的腔体(1)；至少一个样本开口(2)，用于将样本(7)插入样本容器(6)中；至少一个微波开口，用于将微波辐射传输到谐振器中；和至少一个进出开口(14'，14”)，用于将修改剂容器(13)中的修改剂(15)插入到腔体中以及从腔体移除修改剂，修改剂容器被固定在所述至少一个进出开口中，修改剂是包含衰减物流体和/或标记物流体和/或适配物流体的流体，修改剂容器具有用于将修改剂逐渐填充到腔体中和从腔体逐渐排出的插入开口。这大大改善了性能，使得能够逐渐地修改特定实验条件，不用移动腔体中的任何机械部件，不用改变其他实验条件，并用于Q-变化和/或M-变化和/或D-变化。变化。变化。
【技术实现步骤摘要】
由可变流体体积引起的Q-变化、M-变化和D-变化
[0001]本专利技术涉及一种用于EPR(“电子顺磁谐振”)探头的微波谐振器，所述谐振器包括：支持电磁微波谐振模式的腔体；至少一个样本开口，用于将样本插入在样本容器中；至少一个微波开口，用于将微波辐射传输到所述谐振器中；以及至少一个进出开口，用于将修改剂容器中的修改剂插入到腔体中以及从腔体中移除。
技术介绍
[0002]从JP 11230925 A2(参考文献[1])已知这种类型的装置。
[0003]EPR谐振器具有取决于若干参数的一定品质因数(“Q-因数”)。对于某些应用，期望在一次测量期间快速改变Q-因数(“Q-变化”)。
[0004]类似地，可以通过使用EPR标记物校准EPR信号。对于具有强EPR信号的EPR样本，需要强标记物信号，对于具有弱EPR信号的EPR样本，需要弱标记物信号，逐渐调整标记物信号是期望的。下文中将标记物信号的变化表示为“M-变化”。
[0005]优化EPR测量的另一个方面是借助适配物物质改变微波谐振器的介电负载(“D-变化”)。由此可以调整谐振器的实际微波模式，例如使得测量样本中微波模式的B磁场变得更加均匀。对于小样本而言，需要聚焦的微波B场，而对于长样本或对应于脉冲EPR实验，优选沿样本分布扁平微波B场。通常通过将电介质固定安装在微波谐振器的腔体中来静态地执行这种D-变化。
[0006]上述每种变化都需要将物质插入到微波谐振器中或者从微波谐振器中移除。为了清楚起见，这些物质定义如下。通常，
[0007]可以通过使用衰减物物质作为谐振器的腔体内的修改剂来执行Q-变化，
[0008]可以通过使用标记物物质作为修改剂来执行M-变化，
[0009]可以通过使用适配物物质作为修改剂来执行D-变化。
[0010]参考文献[1](比较图9的现有技术)描述了一种用于EPR探头的微波谐振器，其具有腔体1，该腔体具有用于将样本7插入在样本容器6中的开口2。为了改变标记物信号(M-变化)，谐振器具有进出开口4，用于将修改剂5插入到容器3中。修改剂容器包含固体标记物物质。通过将修改剂容器机械移入和移出腔体(Δx)，由于谐振器和修改剂的微波磁场之间有效重叠的改变，标记物信号发生变化。
[0011]根据参考文献[1]的方法具有以下缺点：需要修改剂容器的机械移动，并且腔体具有用于插入修改剂容器从而导致谐振模式能量的损失的显著开口。此外，修改剂容器与腔体中的微波场不对称地重叠，导致腔体内部的电场和磁场失去对称性，因而引起EPR样本与磁场B1(微波磁场线的通量密度)的不均匀相互作用。除此之外，腔壁处的微波场具有低波幅，导致修改剂容器的位置变化的影响较低，即，无效相互作用需要大量修改剂。
[0012]在另一类型的现有技术装置中，EPR腔具有用于将EPR样本插入在样本容器中的开口。为了改变Q-因数，谐振器具有延伸的开口，该开口用于将衰减物流体插入到衰减物容器中，所述衰减物容器同心地围绕样本容器定位并在其下方封闭。衰减物容器通常填充水。通
过以不同的高度填充衰减物容器，使得Q-因数由于水吸收的微波的电场之间的重叠改变而变化。衰减物容器中的水量在很大程度上取决于样本容器的大小，对于X波段其通常约为70μl。此方案仅用于Q变化。
[0013]这种方案具有以下缺点：由于没有可用的移除衰减物流体的手段，只能增加衰减物流体的量。此外，此设置不适用于低温EPR实验，在低温EPR实验中，样本由于水衰减物将冻结而暴露于低于0℃的温度，从而改变实验设置。此外，用于EPR的腔体设计成使得靠近EPR样本的微波的电场具有低波幅或逐渐消失的波幅。这导致衰减物流体对谐振模式的阻尼较低，即，无效相互作用需要大量衰减物流体。
[0014]此外，为了使B1的最大值保持在EPR腔体的中心处，样本容器必须与衰减物容器同轴对准，这要求高的对准精度。同时，在这种同轴布置中，为了改变Q-因数，衰减物流体的高度始终使B1的最大值轴向移位。这两个问题都使实验的可重复性和分析被明确关切。
[0015]参考文献[2](US 3757204 A)描述了不同构造的微波谐振器，该微波谐振器采用介电材料来改善EPR谐振器中RF场沿样本的均匀性。根据参考文献[2]，两种介电物质被插入到谐振器中。通过引入介电环(参考文献[2]中用“22”表示)可以进一步改善样本区域中B1场的均匀性。但是，一旦将这种电环插入到谐振器中，在不打开并且接着改变谐振器的情况下就不再可能存在D-变化。就此而言，根据参考文献[2]的D-优化仅具有“静态”性质。
[0016]对于Q-变化、M-变化和D-变化，一定量修改剂中的电磁能量W
em
可以根据以下等式(1)中所示的积分来计算：
[0017][0018]其中E1和B1是腔体中微波的电场和磁场波幅，ε和μ是在谐振器体积V上使用的材料的复介电常数和磁导率。
[0019]复介电常数和磁导率可以写成：
[0020]ε＝ε'-iε”[0021]μ＝μ'-iμ”[0022]等式(1)中积分的实部反映了谐振腔的谐振频率的变化，虚部反映了衰减物修改剂中吸收的电能或适配物修改剂的磁自旋谐振特性引起的Q-因数的变化。
[0023]尽管在上文被定义为E1和B1，但是下文可以在没有下标的情况下叙述微波的电场和磁场。下标“1”用于区分微波场与EPR实验中通常采用的其他电磁场，例如通常表示为B0的主磁场。
技术实现思路
[0024]本专利技术描述了一种用以基本上克服上文讨论的现有技术的已有EPR方法和装置的一个或多个缺点和权衡的方法。
[0025]本专利技术的一个主要目的是提出一种具有低背景信号的高灵敏度EPR谐振器，与现有技术相比，所述高灵敏度EPR谐振器能够逐渐地修改特定的实验条件，不用将任何机械部件移入和移出谐振器腔体并且不用改变其他实验条件。对于EPR谐振器中的Q-变化和/或M-变化和/或D-变化，这种逐渐的和特定的修改应当是可行的。
[0026]本专利技术的另一个目的是提出一种具有改善的性能的EPR谐振器。
[0027]根据本专利技术，通过修改上文讨论的EPR谐振器来实现这些目的：
[0028]其中，修改剂容器被固定在至少一个进出开口中，
[0029]其中，修改剂是包含衰减物流体和/或标记物流体和/或适配物流体的流体，并且
[0030]其中，修改剂容器具有插入开口，用于将修改剂逐渐填充到腔体中以及从腔体中排出。
[0031]本专利技术描述了一种新型装置，该装置用于通过引入衰减物流体作为修改剂来改变EPR腔的Q-因数(Q-变化)、用于插入受控量的EPR活性材料充当波谱标记物(M-变化)、以及通过使用适配物物质作为修改剂来执行谐振器的介电负载的变化(D-变化)。
[0032]这三个功能可以提供为独立且单独的作用单元(也可以同时)或者提供为在单个单元中相关地且一起作用。
[0033]可以将该装置的可变Q函数描述为具有比现有技术装置更有效且更灵本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种包含用于电子顺磁谐振(EPR)探头的微波谐振器和修改剂容器(3；13；33；53)的系统，所述谐振器包括：支持电磁微波谐振模式的腔体(1)，至少一个样本开口(2)，用于将样本(7)插入在样本容器(6)中，至少一个微波开口，用于将微波辐射传输到所述谐振器中，和至少一个进出开口(4；14'，14”；34'，34”；54'，54”)，用于将所述修改剂容器(3；13；33；53)中的修改剂(5；15；35；55)插入到所述腔体(1)中以及从所述腔体(1)中移出，其中，所述修改剂容器(13；33；53)被固定在所述至少一个进出开口(14'，14”；34'，34”；54'，54”)中，其中，所述修改剂(15；35；55)是包含衰减物流体和/或标记物流体和/或适配物流体的流体，并且所述修改剂容器(13；33；53)具有用于将所述修改剂(15；35；55)逐渐填充到所述腔体(1)中以及从所述腔体(1)逐渐排出的插入开口，其特征在于，所述修改剂容器(13；33；53)通过第一泵(20；40；60)连接至所述腔体(1)外部的修改剂储器(22；42；62)，从而允许将所述修改剂流体(15；35；55)填充到所述腔体(1)中以及从所述腔体(1)排出。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述腔体(1)具有两个进出开口(14'，14”；34'，34”；54'，54”)，用于容置所述修改剂容器(13；33；53)的入口和出口。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个进出开口(14'，14”；34'，34”；54'，54”)相对于微波B场对称平面对称地定位在所述腔体(1)中，尤其是定位在所述腔体(1)的壁中的对称位置处。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述修改剂容器(13；33；53)的在所述腔体(1)内部延伸的部分在空间上被固定至支撑件(25；45；65)，所述支撑件被固定至所述腔体(1)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述腔体(1)是圆柱形TE011模腔，并且在所述腔体(1)内部的所述修改剂容器(13；33；53)沿着以所述圆柱形TE011模腔的轴线为中心的圆柱形表面布置的最小程度为所述修改剂容器的长度的50％，优选大于80％。6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：布鲁克碧奥斯平有限公司，
类型：发明
国别省市：
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