О влиянии поля модуляции и частотного сдвига спинового взаимодействия на формирование сигналов поглощения и дисперсии ядерного магнитного резонанса при их регистрации в слабых полях | Известия вузов. Физика. 2025. № 7. DOI: 10.17223/00213411/68/7/9

О влиянии поля модуляции и частотного сдвига спинового взаимодействия на формирование сигналов поглощения и дисперсии ядерного магнитного резонанса при их регистрации в слабых полях

Рассмотрены проблемы, возникающие при экспресс-контроле состояния конденсированной среды методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в слабом поле. Обоснованы преимущества использования модуляционной методики для регистрации сигнала ЯМР в слабом поле по сравнению с другими методами в малогабаритных ЯМР-измерителях. Отмечены сложности, возникающие при получении дополнительной информации об исследуемой среде с использованием зарегистрированных сигналов ЯМР и определены направления их решения. Рассмотрена задача формирования новых коэффициентов в уравнениях Блоха, учитывающих модуляцию постоянного магнитного поля В 0 и спин-спиновое взаимодействие в сдвиге резонансной частоты и в формировании намагниченности М . С использованием преобразований Вагнесса введены сигналы поглощения v ( t ) и дисперсии u ( t ) и осуществлен переход во вращающуюся систему координат и сформировано уравнение Блоха для компонент u ( t ), v ( t ) и Mz ¢ с новыми коэффициентами. Представлено математическое соотношение для описания формы регистрируемого сигнала ЯМР, который на выходе автодинного детектора состоит из сигналов v ( t ) и u ( t ) в различной пропорции между ними в зависимости от условий его регистрации. Для различных параметров магнитных полей выполнен расчет значений u ( t ), v ( t ) и Mz ¢. Проведено сравнение различных вариантов этих расчетов, которое позволило обоснованно исключить одного из новых коэффициентов для уравнений Блоха вклад поля модуляции, изменяющийся во времени. Разработано решение системы уравнений Блоха с новыми коэффициентами и получены соотношения для v ( t ), u ( t ) и Mz ¢, в которых эти сигналы выражены только через параметры магнитных полей и времена продольной Т 1 и поперечной Т 2 релаксации исследуемой среды. Выполнен расчет форм линий с использованием параметров, регистрируемых сигналов ЯМР с использованием модуляционной методики, и проведено их сравнение с экспериментальными данными. Полученные результаты подтвердили обоснованность выбранного подхода к описанию новых коэффициентов и к решению системы уравнений Блоха, в которую они вошли, относительно u ( t ), v ( t ) и Mz ¢. Все это позволяет, в отличие от решений уравнений Блоха, которые были ранее, продолжить вывод аналитических соотношений для сигналов дисперсии u ( t ) и поглощения v ( t ) независимо друг от друга и определять для них критические точки, а также характер изменения самих зависимостей, что ранее сделать было невозможно.

Ключевые слова

ядерный магнитный резонанс, уравнения Блоха, конденсированная среда, магнитное поле, зависящие от времени коэффициенты в уравнениях Блоха, сигнал ЯМР, модуляционная методика, взаимодействие спинов, время продольной Т1 и поперечной Т2 релаксации

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Давыдов Роман ВадимовичСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова; Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени проф. М.А. Бонч-Бруевик.ф.-м.н., доцент; доцент; доцентromanvproze@gmail.com
Гольдберг Артемий АлександровичСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великогостудентartemiy.goldberg@mail.ru
Проводин Даниил СергеевичСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великогоаспирантprovodindanya@gmail.com
Давыдов Вадим ВладимировичСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»д.ф.-м.н., профессор; профессорdavydov_vadim66@mail.ru
Дудкин Валентин ИвановичСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени проф. М.А. Бонч-Бруевичад.ф.-м.н., профессорvidoodkin@mail.ru
Всего: 5

Ссылки

Жерновой А.И., Дьяченко С.И. // Изв. вузов. Физика. - 2015. - Т. 58. - № 1. - С. 119-122.
Eremina R., Gippius A., Gafurov M. // Appl. Magn. Reson. - 2023. - V. 54. - No. 4-5. - P. 435-442.
Myazin N.S., Rud V.Yu., Yushkova V.V., et al. // Environment. Res., Eng. Manag. - 2019. - V. 75. - No. 2. - P. 28.
Давыдов В.В., Дудкин В.И., Карсеев А.Ю., Вологдин В.А. // Журн. прикл. спектр. - 2015. - Т. 82. - № 6. - С. 898-902.
Алексеева К.Г., Борзенко Е.И. // Изв. вузов. Физика. - 2012. - T. 55. - № 7/2. - C. 15-19.
Gafurov M., Ganeeva Y., Yusupova N. // Nanomaterials. - 2022. - V. 12. - No. 23. - P. 4218.
Kashaev R.S., Suntsov I.A., Tung C.V., et al. // J. Appl. Spectrosc. - 2019. - V. 86. - No. 2. - P. 289.
Kazanskiy N.L., Butt M.A., Degtyarev S.A., Khonina S.N. // Comput. Opt. - 2020. - V. 44. - No. 3. - P. 295-318.
Chen J., Guo W., Xia M., et al. // Opt. Express. - 2018. - V. 26. - No. 20. - P. 25510-25523.
Karabegov M.A. // Measur. Tech. - 2012. - V. 54. - No. 10. - P. 1203-1212.
Kashaev R.S., Kien N.T., Tung C.V., et al. // Petroleum Chem. - 2019. - V. 59. - Art. S21.
Давыдов В.В., Дудкин В.И. // Изв. вузов. Физика. - 2015. - Т. 58. - № 2. - С. 8-13.
D’yachenko S.V., Lebedev L.A., Sychev M.M., et al. // Tech. Phys. - 2018. - V. 63. - No. 7. - P. 984.
Chizhik V.I., Tagirov M.S. // Appl. Magn. Reson. - 2022. - V. 53. - No. 12. - P. 1571.
Давыдов В.В., Мороз А.В., Макеев С.С., Дудкин В.И. // Опт. и спектр. - 2020. - Т. 128. - № 10. - С. 1554-1561.
Жерновой А.И., Николаева М.Н. // Изв. вузов. Физика. - 2004. - Т. 47. - № 10. - С. 108-113.
Давыдов В.В., Дудкин В.И., Гребенникова Н.М. // ЖТФ. - 2018. - Т. 88. - Вып. 12. - С. 1885-1889.
Бородин П.М., Володичев М.И., Москалев В.В., Морозов А.А. Ядерный магнитный резонанс. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982. - 346 с.
Bloch F. // Phys. Rev. - 1946. - V. 70. - No. 7. - P.460-478.
Bloch F., Hansen W.W., Packard F. // Phys. Rev. - 1946. - V. 70. - No. 7. - P. 474-492.
Leshe A. Nuclear Induction. - Berlin: Veb Deustscher Verlag Der Wissenschaften, 1963. - 686 p.
Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism. - Oxford UK: Qxford at the Clarendon Press, 1961. - 586 p.
Salikhov K.M. // J. Exp. Theor. Phys. - 2022. - V. 135. - No. 5. - P. 617.
Salikhov K.M., Bakirov M.M., Zaripov R.B., et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2023. - V. 25. - No. 27. - P. 17966.
Давыдов В.В., Дудкин В.И., Величко Е.Н. // Изв. вузов. Физика. - 2018. - Т. 63. - № 1. - С. 142-148.
Давыдов В.В., Дудкин В.И., Николаев Д.И. и др. // Радиотехника и электроника. - 2021. - Т. 66. - № 10. - С. 1071-1023.
Bloch F., Wangsness R.K. // Phys. Rev. - 1950. - V. 78. - No. 1. - P. 82-96.
Jacobsohn B.A., Wangsness R.K. // Phys. Rev. - 1948. - V. 73. - No. 9. - P. 942-949.
Чижик В.И. Ядерная магнитная релаксация. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1991. - 256 с.
 О влиянии поля модуляции и частотного сдвига спинового взаимодействия на формирование сигналов поглощения и дисперсии ядерного магнитного резонанса при их регистрации в слабых полях | Известия вузов. Физика. 2025. № 7. DOI: 10.17223/00213411/68/7/9

О влиянии поля модуляции и частотного сдвига спинового взаимодействия на формирование сигналов поглощения и дисперсии ядерного магнитного резонанса при их регистрации в слабых полях | Известия вузов. Физика. 2025. № 7. DOI: 10.17223/00213411/68/7/9