Мершиев И.Г.Разработка мобильного спектрометра ядерного магнитного резонанса

Применение резонансных методов исследования вещества:
Спектральные методы
Релаксационные методы

Для релаксационных измерений требуется
меньшее, чем для спектральных,
магнитное поле.
Поверхностный (single-sided) ЯМР:
образец может находиться вне датчика!

Применение релаксационных ЯМР-измерений:
Медицинская диагностика
Химический анализ
Материаловедение
Контроль качества на производстве
Геология и нефтедобывающая промышленность
Качественные измерения: пористость, влажность, наличие примесей. Не разрушающее воздействие!

Цель: создание мобильного ЯМР/ЯКР спектрометра
для выполнения широкого спектра задач, способного проводить
как релаксационные ЯМР-измерения, так и детектирование
азотосодержащих веществ методом ЯКР.
Требования:
модульность конструкции
портативность, вес до 5 кг
возможность работы с различными типами датчиков
частота до 40 МГц
Ядерно-квадрупольный резонанс на ядрах азота 14N.
Применение: обнаружение взрывчатых и наркотических веществ, сканеры багажа. Не требуется внешнее магнитное поле!

Состав комплекса:
Генератор импульсов
Аналого-цифровой преобразователь (30-40МГц)
Усилитель мощности
Малошумящий предусилитель
Коммутационное устройство
Согласующее устройство
Аурис B-483
Компьютер
АЦП
Формирователь импульсов
Датчик
ЯМР/ЯКР
Согласующее устройство и предусилитель
Усилитель мощности

Защищённые патентами разработки:
«Антенная система для обнаружения ядерного резонанса, исключающая влияние наведённых помех и переходных процессов»
уменьшение «мёртвого времени» приёмника и
подавление внешних помех
«Способ детектирования сигналов ядерного квадрупольного и ядерного магнитного резонанса»
эффективный цифровой детектор на основе вейвлет-преобразования

Внедрение опытного образца спектрометра/релаксометра:
- пищевая и химическая промышленность
- контроль качества на производстве
- детектирование азотосодержащих соединений
Возможности улучшения оборудования:
- увеличение отношения сигнал/шум
- уменьшение отношения возбуждение/отклик (стохастический резонанс)
- компенсация неоднородности магнитного поля (особые импульсные последовательности)
14.4.10

Зарубежные аналоги:
Bruker Minispec
Достоинства:
большой диапазон частот, высокое качество измерений
Недостатки:
крайне узкая специализация
использование только в лабораторных условиях
высокая цена (~140 тысяч долларов)
PicoSpin 45
Достоинства:
Поле в 1 Тесла при весе устройства в 5 кг!
Относительно низкая цена – 30 тысяч долларов
Недостатки:
отсутствие внешнего датчика
низкое спектральное разрешение
возможна работа только с жидкостями

Исследовательская аппаратура:
ЯМР-спектрометр Varian MR400
Проведение всего спектра ЯМР-исследований
в жидкостях и твёрдых телах

Исследовательская аппаратура:
ЯКР-спектрометр Tecmag Apollo
Усилители мощности Tomco BT00500 Gamma 0,25 - 500 МГц
Возможность проводить релаксационные ЯМР-измерения в слабых полях
Чрезвычайная гибкость в задании импульсных последовательностей

Цель: создание малого инновационного предприятия по производству портативных спектрометров. Оценочная стоимость прибора – 300 тыс. рублей.
Внедрение: службы министерства транспорта (экспресс-анализ нефти и топлива, ЯКР-детектор)
Ресурсы:
Научная и техническая база лаборатории квантовых методов исследования вещества (проведение экспериментов и отработка методов анализа)
Техническая база лаборатории микроэлектроники (изготовление опытных образцов и отдельных узлов прибора)
Производственная база Технопарка БФУ им. Канта