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 14 N. 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 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)

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, 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

Спасибо за внимание! Мершиев И.Г., БФУ им. И. Канта