ЯМР (ядерный магнитный резонанс) как метод химического анализа самогона

Ух, ну ни хрена я не понимаю в этих разделениях и переносах, каждый раз через какую-то жопу и с помошью соответствующей матери все делается. Надо попросить Андрея какие-нибудь инструкции написать.

А что тебе интересно? Взял магниты кольцевые 2х5 штук, два источника питания от компа (железо крышек - в качестве магнитопроводов) и сделал объем с примерно однородным полем. На FEMM посчитал что получается - вроде нормально.

Попробовал самую тупую схему - ни фига не увидел. Понял, что нужно сделать небольшую модуляцию поля - иначе очень неудобно. Добавил две катушки на которые подал пилу через акустический усилитель. Все равно ни фига не увидел.

Долго думал. Сделал другую схему. Результат тот же.

Снова долго думал. Сделал третью схему, уж в деталях не помню, но могу посмотреть. Увидел странный эффект, но на ЯМР не похож. Понял, что пока я не знаю величину магнитного поля, так ни фига и не увижу.

Нашел теслометр. Убедился что врет.

Плюнул, нашел калиброванный датчик холла. Все сосчитал и понял, что тот странный эффект и был ЯМР. Поразглядывал его немножко, понял что и как нужно делать.

Аккуратно посчитал магнитное поле в FEMM. Для продолжения работ нужно заказать две простые железюки - сердечники. На этом и остановился. Если будет нужно - закажу и сделаю, но большого смысла в ЯМР для контроля примесей нет. Нигде нет про это никакой инфы. А сам ЯМР настроить так, чтобы он брал малые примеси - довольно непросто, нужно все вылизывать в нули, иначе основное вещество будет видно, а примеси утонут в хвостах.

Kotische, ау-у-у! Ты куда пропал? Это то что ты хотел узнать?

Ты напомнил, сфоткал, пока не совсем не рассосалось.

Руди, почитал немного про ЯМР, появилось несколько вопросов.
Зачем глицерин в датчике? Его исследовал?
А если магниты посильнее взять?
Зачем модуляцию поля?
Чем генерил радиосигнал?
На чем смотрел?

Глицерин дает большой и хороший сигнал. Но это просто на фотке, пробовал и на воде и на парафине.

Магниты можно взять любые, сейчас есть отличные в продаже по инету.

Модуляция поля нужна для отлова пика - он узкий и его трудно найти, если точно не знаешь величины магнитного поля. Модуляция сильно упрощает поиск.

Делал простой автогенератор, перестраиваемый в широком диапазоне, поскольку не знал величины поля. Схема отслеживает энергопотребление генератора и засекает поглощение, возникающее при ЯМР. Дальше усилитель и осциллограф.

Модуляция - одна из двух - или модулирую поле, или частоту автогенератора. Модулировать поле удобнее.

Схема отслеживает энергопотребление генератора и засекает поглощение
Rudy, 12 Дек. 09, 19:07

Какой размерности единицы измерения? И изменение в пике? Ну в смысле насколько чувствительные приборы нужны? Применение неодимовых магнитов увеличит чувствительность прибора?

Увеличение магнитного поля приводит к увеличению частоты и разрешения прибора. Ну и чувствительность тоже растет примерно пропорционально.

Про чувствительность и изменение в пике точно сказать не могу. Это сильно зависит от однородности поля - чем однороднее, тем проще.

У меня основные проблемы были именно из-за этого. Нормального магнита под рукой не было (ссуки все сгноили) а та магнитная система, которая на фото, ессно однородного поля (по объему образца) не обеспечивает. Поэтому пик поглощения размазывается по частоте и, соответственно снижается по амплитуде, поскольку в формировании сигнала участвует только та часть образца, в которой поле точно соответствует частоте.

Мне просто было интересно поглазеть, что я и сделал. Чтобы измерять нужно заказать пару несложных деталей - наконечники магнитов и магнитопровод - и сформировать нормальное однородное поле. Все действительно можно сделать на коленке и достаточно качественно.

Но я так и не нашел ничего по анализу примесей таким способом. Поэтому особо и не упирался.

Rudy, а корпусом Бп ты магнитное поле замыкал? Мне кажется, при такой конструкции как у тебя на фото, бесполезно вообще проводить измерения, именно из-за неоднородности поля. Смещение образца на полмиллиметра, и он в два раза более слабом поле.

Ты не обратил внимание на катушки - они надеты на ферритовые чашки и образуют довольно однородное поле. Но, ессно, недостаточно однородное для нормального ЯМР.

Зато ни одной заказной детали - все с помойки. Очень по русски получилось

Ты не обратил внимание на катушки
Rudy, 12 Дек. 09, 22:26

обратил, но подумал что ими ты только снимаешь сигнал. А постоянное поле формируешь исключительно магнитами от динамиков или от чего они.

Нет катушки болтают поле по пиле + постоянная компонента. Я это сделал, чтобы можно было не перестраивать частоту генератора. Они просто намотаны снружи на половинки броневого сердечник и служат как-бы наконечниками магнита.

Чтобы измерять нужно заказать пару несложных деталей - наконечники магнитов и магнитопровод - и сформировать нормальное однородное поле. Все действительно можно сделать на коленке и достаточно качественно.

А радиосигнал очень просто получить с помощью DDS в диапазоне от ...кГц до 400МГц с разрешением в 0,1Гц. Думаю и для детектирования и усиления имеются такого же класса чудо-микросхемы.

Если поиграться, то, в общем, ничего особого не нужно, при малых полях частоты низкие. В этой конструкции было около 1.8 МГц.

А если делать правильно, то лучше ставить АЦП и делать Фурье -получается лучше, быстрее, точнее. А для генератора и DDS не нужен - один раз настроить частоту не вопрос.

Rudy, так ведь для фурьи импульсное возбуждение нужно, или я не прав?
Что ты имел в виду говоря: "один раз настроить частоту не вопрос"?

Да, для Фурье нужно формировать импульс с заполнением заданной частотой, на самом деле два импульса. Частота заполнения фиксированная, генератор настроить нужно один раз. Точность настройки может быть не очень большой - в коротком импульсе частотный спектр размазывается и перекрывает довольно большой диапазон частот.

Если интересно, могу немного рассказать. Есть вертикальное магнитное поле магнита (постоянное). Если создать горизонтальное (ортогональное) переменное магнитное поле с нужной частотой (от генератора) то возникает ЯМР и вещество начинает поглощать (и переизлучать) энергию переменного поля (генератора).

Есть три основных способа регистрации ЯМР.
1. По поглощению энергии генератора. Я смотрел именно это. Для удобства магнитное поле чуть-чуть меняют (модулируют) синусом или пилой. Модулирующее напряжение подают на горизонтальное отклонение осциллографа (или самописца), а амплитуду сигнала (которая ослабляется при ЯМР) - на вертикальное отклонение. При этом на экране или самописце виден провал сигнала в том месте, где магнитное поле точно соответствует частоте ЯМР (генератора).

2. По переизлучению энергии генератора. Ставится дополнительная катушка, строго перпендикулярная катушке генератора. При этом, в нормальных условиях (без ЯМР) сигнал на ней равен нулю. При возникновении ЯМР часть энергии, забираемой от генератора, переизлучается в перпендикулярном направлении и в катушке возникает сигнал.

3. Хитрожопый и наиболее точный способ. Катушка одна (можно две ортогональных). Сигнал с генератора подается импульсно - формируются два заполненных нужной частотой импульса с точно заданным соотношением длин. При этом, через строго заданное время, на катушке появится сигнал максимальной амплитуды. Тут сложно объяснить почему так, нужно немного теории. Это наиболее чувствительный и точный метод. Записав сигнал и проведя его фурье анализ получают самые точные данные.

ИМХО второй способ достаточно несложно реализуем, и при этом имеет четкие параметры которые можно измерять - частота возбуждения и сигнал во второй катушке.

В первом, ИМХ опять же, сложно приянть данные из системы. Принять, в моем понимании, это получить в понятном для компа виде.

В третьем, на мой взгляд, много математики. Мне будет трудно осилить.

В третьем, на мой взгляд, много математики. Мне будет трудно осилить.Altair, 14 Дек. 09, 08:53

Там математика не шибко сложная...
Проблема там имхо в другом, там нужно очень быстрое АЦП с очень большим динамическим диапазоном. Не уверен что 100Мгц на 16 бит хватит.
Хотя, учитывая, что основной сигнал лежит в достаточно узком диапазоне, вероятно можно поизвести гетеродинирования и уже по низкой частоте юзать 24 битную АЦПовину.

На самом деле как раз третий - самый простой, и наиболее широко используемый. Только с его помощью можно получить спектры ЯМР высокого разрешения. Первые два - скорее демонстрационные, чем рабочие.

А какая математика? Только фурье.

С АЦП проблем не возникает. Обычно гетеродином (несущая всяко есть) опускают до, примерно, 10 МГц и хватает 12 разрядного с оцифровкой на нескольких десятках МГц. А сейчас есть доступные АЦП 16 бит на 100 МГц.

Руди,
Ты со спецами по ЯМР советовался? Мне сдается, что ты затеял дело жутко интересное, но абсолютно безнадежное с точки зрения конечного результата. Я несколько лет работал через стеночку от двух BRUKER-овских ЯМР-спектрометров на сверхпроводящих магнитах. Сам чуть-чуть знаю, ну и разговаривал с ребятами. ЯМР хорош для изучения тонких структурных задач в органике - конформаций, изомерии, межмолекулярных взаимодействий и т.д. А как чисто аналитический метод (обнаружение и идентификация малых примесей) - не очень. В чем проблемы:

- работать на слабых магнитах можно только на протонах, соответственно у основного растворителя и у примесей много совпадающих функциональных групп: СН3-, -СН2-, -О-Н. В спектре будет каша, все полосы перемешаны;
- Интенсивность полос примесей будет в 100-1000 раз ниже, чем у спирта, почти наверняка за пределами обнаружения и точно за пределами уверенного вычитания спектра сравнения;
- интерпретация спектра по принципу "отпечатков пальцев", даже в случае уверенной регистрации самого спектра примеси, тоже затруднена из-за уширения и расщепления линий (межмолекулярные взаимодействия);
- методы улучшения качества спектра (вращение под магическим углом) технически тебе недоступны.

Короче - не хватит чувствительности, стабильности нулевой линии и разрешения. В лучшем случае, получишь плохонький спектр спирта.
Хотя, это не уменьшает моего восхищения твоими попытками.