一種腔外測量樣品的矩形電子順磁共振探頭的製作方法
2023-12-02 07:46:01
專利名稱：一種腔外測量樣品的矩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探測裝置，具體地說，涉及一種可以對外置樣品進行電子順磁共振探測的探頭。該探頭內的微波工作在X波段矩形TElOl模式，探頭內腔和外體主要形狀均為矩形。這種特殊的電子順磁共振探頭可以對不方便取樣和制樣的待測樣品表面進行直接探測，從而獲取樣品局部的電子順磁共振波譜，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)是一種技術，它使研究者得以探測和表徵具有不成對電子的分子，而不改變或破壞這些分子。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。常規EPR譜儀的探測裝置多為樣品置入型諧振腔，需要將被測樣品置於腔的中心，因而對樣品的形狀和體積都有較大的限制。例如在對牙齒進行測量時，首先將牙粉碎處理後置入樣品管中，然後將樣品管置入諧振腔，進行電子順磁共振研究。因此傳統的EPR分析只能探測離體牙齒，而且需要將牙齒從口腔取出並粉碎制樣後進行測量。這種方法由於取樣和實驗條件的問題，在實際應用中存在較大限制。本項發明就是針對上述問題，建立了一種可以在腔外進行電子順磁共振測量的方法，從而實現對樣品的局部測量和外部測量。該方法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探測，例如在體測量人牙齒實現人員受電離輻射劑量估
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發明內容
本項發明提供了一種可以實施外置樣品電子順磁共振測量的探頭，探頭由微波諧振腔、探測口和調諧與耦合單元組成，其中微波諧振腔工作在矩形TElOl模式。具體方案如下探頭殼體7外形為矩形，長度小於30毫米，寬度小於18毫米，高度小於30毫米，殼體壁厚I 2毫米。內部腔體為矩形腔體或者為便於加工而改進的有圓角的矩形腔體。在殼體
7的頂面開設有樣品探測口 8，探測口位於探頭頂面中心位置或靠近中心位置。探測口沿壁厚方向縱向貫通至內部微波腔體空間，使得微波腔體內諧振時的場可以通過探測口洩露出來。為了更加有利於樣品的放置與調製場的施加，該探測口呈開放的多邊形狀。開口與內部空腔重合部分為矩形，開口與腔壁重合部分為梯形。該探測口長邊貫穿探頭寬度方向，寬邊為3 8毫米。此探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。諧振腔探測口的兩側放置提供調製磁場的一對線圈，該線圈在探測口位置產生順磁共振所需的一定強度的調製磁場。探頭的底座6利用螺釘通過螺孔與耦合與調諧單元2和耦合膜片10連接。耦合與調諧單元與微波腔使用帶有耦合孔9的耦合膜片10進行耦合，其厚度小於O. 5毫米，耦合片上有裝配用的孔5。耦合與調諧單元2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11。耦合單元的另一側與波導利用螺絲通過螺孔12進行連接，並通過波導連接至譜儀微波橋單元，耦合裝置上還有進行裝配用的孔3和孔4。探頭整體結構用導電性良好的金屬加工製作，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，能夠在微波腔體內部激發產生微波諧振。通過特殊設計諧振模式和探測孔位置與尺寸可以使探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探測口位置洩露出來。探測口兩側的調製線圈通入驅動電流後可以在探測口處提供順磁共振所需的高頻調製磁場。在應用本探頭測量在體牙齒時，探頭置入被測口腔，受測者將牙齒咬入探測口。此時腔內的微波和外部施加的調製磁場能夠同時在探測口處作用於牙齒，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，有利於置入口腔內部。將調製磁場裝置置於腔體探測口外側，最大程度減小了對腔體內部電磁特性的影響。本發明可以對不方便破壞整體結構或體積較大不方便置入諧振腔體內部的樣品在腔外實施順磁共振探測，如考古定代用化石樣品或地質研究用稀有樣品，尤其是針對人牙齒的在體EPR測量，以實現輻射劑量的快速估算。
圖1為本發明電子順磁共振矩形諧振探頭實施結構示意圖。I為調諧螺栓；2為耦合與調諧單元；3、4、5為裝配孔；6為底座；7為外殼主體；8為探測口 ；9為耦合孔；10為耦合膜片；11為調諧釘；12為裝配螺孔。
具體實施例方式探頭內微波腔長度為22. 86毫米，寬度為10. 16毫米，高度為21. 40毫米，結構壁厚度為1. 50毫米，結構材料為銅，表面鍍銀。多邊形探測口長方形縱向貫通口處寬度為3毫米，深為2毫米，開放梯形寬邊為6毫米。調製線圈固定在探測口中心兩側5cm處，施加IOOk赫茲調製電流。將該探頭通過耦合與調諧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，腔內微波場型為矩形腔TElOl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射線輻照的人體牙齒，可以探測出牙齒的順磁共振信號。
權利要求
1.一種矩形順磁共振探頭，其特徵在於由微波諧振腔體(7)、匹配與調諧單元(2)組成，探頭頂端設置有樣品檢測口(8)。
2.根據權利要求1的順磁共振探頭，其特徵在於所述探頭內部諧振腔和外形主體均為矩形。
3.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多邊形樣品檢測口，檢測口貫穿至內部諧振腔空間。檢測口與內腔重合部分為矩形，與探頭殼體壁重合部分為梯形。
4.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樣品檢測位置在頂面開設的檢測口處。
5.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，檢測口長邊與諧振腔內微波磁場垂直並且平行於腔表面電流。
6.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一對腔外的線圈提供調製磁場。
7.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與腔體厚度一致，短邊尺寸為腔體長度的1/3 1/20。
8.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。
9.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電子順磁共振測量的探頭。該探頭外形和內腔均為矩形，諧振模式為TE101型，在頂面開設有開放的多邊形樣品檢測口。檢測口沿壁厚方向縱向貫通至內部腔體空間，沿探頭厚度方向貫穿。此檢測口的長邊與內腔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。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帶有耦合孔的耦合膜片耦合，用耦合孔外的調配螺栓調節腔體與微波系統的耦合常數。本發明主要用於對不方便取樣和制樣的樣品進行局部檢測。
文檔編號G01N24/10GK103018269SQ20131000070
公開日2013年4月3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