一種外置樣品測量的圓柱形電子順磁共振探頭的製作方法

2023-10-18 06:22:59 2

專利名稱：一種外置樣品測量的圓柱形電子順磁共振探頭的製作方法
技術領域：
本項發明涉及一種電子順磁共振檢測裝置，具體地說，涉及一種可以對外置樣品實施電子順磁共振檢測的圓柱形探頭。此探頭由圓柱形微波諧振腔、探測口和耦合與調諧單元組成。這種特殊設計的探頭的體積和外形均適於對外置樣品，甚至深入樣品局部進行電子順磁共振檢測，所屬技術領域為生物物理新技術與新方法。
背景技術：
電子順磁共振(簡稱EPR)是用來檢測物質中未耦電子的自旋磁矩發生塞曼能級躍遷的技術。利用這一技術可以分析物質中含有的自由基、過渡金屬元素、晶格缺陷等順磁性中心的含量和性質。因此EPR被廣泛地應用於物理、化學、地質、考古、材料科學以及生物醫學等許多領域。目前EPR技術進行樣品測量主要利用的是粉末樣品或者液體樣品，測量時將樣品放入傳統譜儀的微波諧振腔內。當對較大體積樣品進行EPR測量而不適宜對樣品進行破壞時，其應用會受到較大限制。如果能夠巧妙設計EPR譜儀的探測部分結構，實現對樣品的局部測量，則有可能解決上述對大體積樣品測量的特殊需求。例如核與輻射事故發生後，利用EPR技術對人牙齒因電離輻射產生的順磁物質進行檢測是進行受照劑量估計的一個方法，並且目前看來是能夠做到現場、早期和快速分類最有效的方法。但是受到傳統EPR譜儀工作條件的制約，需要對受輻照者進行拔牙和粉碎牙處理，因此EPR劑量估計應用受到限制。如果能夠對牙齒進行在體測量，則很好的解決了上述問題。本項發明就是針對上述問題，設計了一種對外置樣品進行電子順磁共振測量的探頭。該探頭主要用來對體積較大且不允許破壞整體結構的樣品進行局部順磁共振檢測。

發明內容
本項發明提供了一種可以對外置樣品進行電子順磁共振測量的探頭，具體方案如下探頭10外形為矩形，長度小於40毫米，寬度小於20毫米，高度小於30毫米，探頭壁厚I 5毫米。在探頭內部有圓柱形微波腔，工作模式為X波段TM010型。半徑小於15毫米，高度小於15毫米。在探頭10的頂面開設有多邊形樣品檢測口 9，檢測口位於頂面中心或靠近中心位置。檢測口沿壁厚方向縱向貫通至內部微波腔空間，沿殼體厚度方向貫穿。為了便於樣品的放置與調製磁場的施加，檢測口貫穿微波腔部分為矩形，貫穿探頭頂面壁部分為開放形的梯形形狀。此檢測口的長邊與諧振腔內微波磁場分量在該處的方向垂直並與腔壁上該處電流線方向相平行，從而達到洩露微波磁場和減少損耗的效果。檢測口的兩側放置提供調製磁場的一對線圈，該線圈在檢測口位置產生順磁共振所需的一定強度的調製磁場。微波腔帶有蓋板6，蓋板與探頭殼體通過孔7和螺孔8進行連接。探頭的底座11利用螺釘通過螺孔5和耦合與調諧單元14連接。耦合與調諧單元與探頭內微波腔通過耦合孔4進行耦合。通過設置在耦合孔外的調諧螺栓I對耦合常數進行調節，耦合螺栓頂部帶有金屬小帽2。耦合與調諧單元的另一側與波導通過孔13連接，並通過波導連接至譜儀微波橋單元，此外耦合與調諧單元上還有用於裝配的孔3和12。探頭整體結構用導電性良好的金屬製作，表面鍍銀或者金來提高導電性。本探頭在加載特定頻率的微波後，能夠在微波腔內部激發產生微波諧振。通過特殊設計諧振模式和檢測孔位置與尺寸可以使檢測孔切割腔內微波磁場分量集中的位置，同時避開了腔內微波電場分量較集中位置，使得諧振品質因數無較大損失。腔內的微波磁場分量可以從檢測口位置洩露出來。檢測口兩側的調製線圈通入驅動電流後可以在檢測口處提供順磁共振所需的高頻調製磁場。例如利用此探頭對牙齒進行在體測量時，將探頭置入受測者口腔，受測者將牙齒咬入腔檢測口。此時腔內的微波和腔外的調製磁場能夠同時在檢測口處作用於牙齒，腔外再施加以相應的掃描磁場就能夠實現牙齒的在體EPR測量。本發明的探頭結構比較簡單，便於加工和製作；體積小，有利於置入被測結構內部。將調製磁場裝置置於檢測口外側，最大程度減小了對內置微波腔電磁特性的影響。本發明可以用於對人牙齒的在體EPR測量，以實現輻射劑量的快速估算，也可以對其他不方便破壞整體結構或體積較大不方便置入傳統EPR譜儀諧振腔體內部的樣品在腔外實施順磁共振檢測，如考古定代用化石樣品或地質研究用稀有樣品。


圖1為本發明的可以對外置樣品進行檢測的電子順磁共振諧振探頭實施結構示意圖。I為調諧螺栓；2為調諧釘；3、7、12、13為裝配孔；4為耦合孔；5、8為裝配螺孔；6為頂蓋；9為檢測口 ；10為主體；11為底座；14為稱合與調諧單元。
具體實施例方式探頭內置微波腔半徑為12毫米，高度為12毫米。探頭外殼長34毫米，寬15毫米，高27毫米，探頭結構材料為銅，表面鍍銀。檢測口長方形縱向貫通口處寬度為3毫米，沿半徑方向深入約2. 5毫米，梯形檢測口寬邊為8毫米。調製線圈固定在檢測口中心兩側5cm處，施加IOOk赫茲調製電流。將該探頭通過調配單元和波導與順磁共振譜儀的微波系統相連接，微波諧振頻率為9. 55G赫茲，探頭內腔微波場型為TM010型。實際應用效果如下利用本發明所述的探頭檢測二苯基苦基肼自由基(DPPH)點狀樣品，可以獲得良好的EPR譜線。利用本發明所述的探頭檢測Y射線輻照的牙齒，可以檢測出牙齒的順磁共振信號。
權利要求
1.一種圓柱形順磁共振探頭，其特徵在於由矩形殼體與內置圓柱形諧振腔(10)和調諧與耦合單元(14)組成，探頭頂面設置有樣品檢測口(9)。
2.根據權利要求1的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭外觀為矩形，內部微波腔體為圓柱形。
3.根據權利要求1的順磁共振探頭,探頭由主體10和蓋板6組合而成。
4.根據權利要求1的順磁共振探頭，探頭主體10和蓋板6通過螺孔用螺釘固定。
5.根據權利要求1的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭頂面設置有多邊形樣品檢測口，檢測口縱向貫穿至內部微波諧振腔空間，沿諧振腔厚度方向貫通。樣品檢測口與內部腔體重合部分為矩形，與殼體壁重合部分為梯形。
6.根據權利要求1或3的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭的樣品檢測位置在腔頂面開設的檢測口處。
7.根據權利要求1的順磁共振探頭，其特徵在於所述樣品檢測口位於頂面中心或靠近中心位置，檢測口長邊與腔內微波磁場分量垂直並且平行於腔內表面電流。
8.根據權利要求1的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭利用腔外的一對線圈提供調製磁場。
9.根據權利要求3或4的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭檢測口長邊尺寸為腔體厚度，短邊尺寸為腔體寬1/3 1/20。
10.根據權利要求1的順磁共振諧振腔，其特徵在於所述探頭可以對不方便破壞整體結構或體積較大不方便置入傳統譜儀諧振腔體內部的樣品在腔外實施順磁共振檢測。
11.根據權利要求1的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭可以置入人口腔內，對牙齒進行直接在體測量。
全文摘要
本項發明涉及一種可以對外置樣品進行局部檢測的圓柱形電子順磁共振探頭。該探頭外形為矩形，內部為圓柱形微波腔，在探頭頂面中心位置開設有多邊形樣品檢測口。檢測口沿壁厚方向縱向貫通至內部微波腔體空間，沿腔厚度方向貫通。此檢測口的長邊切割諧振腔內微波磁場分量並與腔壁上該處電流線方向相平行。檢測口的兩側放置提供調製磁場的一對線圈，該線圈在檢測口位置產生順磁共振所需的調製磁場。耦合與調諧單元採用耦合孔耦合，採用耦合孔外的調配螺栓調節諧振腔與微波系統的耦合常數。本發明主要用於不方便破壞整體結構的樣品進行局部EPR測量。
文檔編號A61C19/04GK103033526SQ201310000709
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月5日 優先權日2013年1月5日
發明者吳可, 郭俊旺, 袁清泉, 叢建波, 董國福, 馬蕾 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院放射與輻射醫學研究所