JPH05508933A - Portable dedicated electron spin resonance spectrometer - Google Patents
Portable dedicated electron spin resonance spectrometerInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 ポータプル専用電子スピン共鳴分光計 発明の背景 本発明は、電子スピン共鳴(ESR)分光計に関し、更に詳しくは、限られた用 途専用のポータプル電子スピン共鳴分光計に関する。[Detailed description of the invention] Portable electron spin resonance spectrometer Background of the invention The present invention relates to electron spin resonance (ESR) spectrometers, and more particularly to electron spin resonance (ESR) spectrometers. This invention relates to a portable electron spin resonance spectrometer exclusively for applications.
用途は、とりわけ、抗原抗体反応の判定や体液中の薬物の存在の判定などの免疫 学的検査、自動車オイルその他の液体中の何らかの不純物の存在の判定、地下の 原油の流れの探索、スピンでラベル付けされた物質(spin 1abelle d material)が付加されたカードが存在する保安システム、考古学上 の発見物の年代測定などを含む。今日では、薬物の存在を検証するために血液や 尿を検査する仕事が非常に多く行われている。スピンでラベル付けされた物質が クレジットカードのようなカードに封印されてESRセンサが用いられてそのカ ードを読み取りそのカードの所持者が保安の行われる施設に入場を許されるかど うかを決定する、というように保安関係でのESR技術の応用が増加することが 予想される。Applications include, among others, immunology, such as determining antigen-antibody reactions and determining the presence of drugs in body fluids. chemical testing, determining the presence of any impurities in motor vehicle oil or other liquids, Exploration of crude oil flow, spin labeled matter (spin 1abelle A security system where there is a card with d material) added, archaeologically including the dating of finds. Today, blood and A large amount of work is done to test urine. The substance labeled by spin is A card such as a credit card is sealed and an ESR sensor is used to protect the card. The card is read and the holder of the card is allowed to enter the secure facility. The application of ESR technology in security-related fields, such as determining whether is expected.
電子スピン共鳴分光計は、実験室での装置として、そして、典型的には1トンな いしそれ以上の重量の磁石を伴った研究用の装置としてよ(知られている。よっ て、そのような装置は、余りに大型で重いものであって、持ち歩きは不可能であ る。従来のやや小型のベンチトップの装置でも、やはりまだ重すぎて、オフィス ないし実験室から、解析的な仕事のために現場へ容易に移動するのは無理である 。Electron spin resonance spectrometers are used as laboratory instruments and typically weigh up to 1 ton. It is known as a research device with a magnet of weight However, such devices are too large and heavy to be portable. Ru. Even conventional, rather small benchtop devices are still too heavy to fit in an office. or cannot be easily moved from the laboratory to the field for analytical work. .
しかし、容易に持ち運び可能で特別の狭く限定されたタイプの解析を行うために 現場へ持って行ける電子スピン共鳴分光計ESRの需要が存在する。そのような ESRは、最小の訓練しか有していない現場の担当者にも操作可能でなければな らない。通常の大型の実験室のESRの場合は、用いられる方法の性格上、かな りのレベルの訓練を必要とする。However, in order to perform a special and narrowly defined type of analysis that is easily portable, There is a need for an ESR electron spin resonance spectrometer that can be taken to the field. like that The ESR must be operable by field personnel with minimal training. No. In the case of ESR in ordinary large laboratories, due to the nature of the method used, requires a high level of training.
発明の概要 本発明は、特別に小型で軽量の永久磁石と、マイクロ波ソースと、サーキュレー タと、判別対象の性質を有する試料を含む共鳴器(レゾネータ)とを含んだ電子 スピン共鳴分光計を提供し、共鳴器はサーキュレータに誘導的に結合し、その結 合は誘導的結合を最適化するように動作する閉じたループの整合回路によるもの である。磁石によって生じる磁界は、遅いランプ信号と組合わさった可聴周波数 の信号によって変調される。この可聴周波数の信号は、位相を感知する検出器に 供給される。サーキュレータからの反射された電子スピン共鳴信号(ESR)は 、特別な増幅器で検知され増幅されて、この増幅器はESR信号を位相感知検出 器に送り、この検出器は、位相の合った及びその位相感知検出器に供給された特 定の可聴周波数にあるESR信号だけを増幅することによってノイズを除去する 。この増幅器は、検出器の電流と共に変化する信号を、この信号を用いてマイク ロ波ソースの出力周波数を制御するシングルボード・コンピュータにも供給する 。このコンピュータは、入力キーパッドと出力ディスプレイ手段とに接続されて おり、整合回路を同調させる出力信号を提供する。このシステムは、十分に完成 され自動的なものであって、非常に限られた訓練だけの人間にもその専用の仕事 を遂行するように操作できる。結局、オペレータに要求されるのは、試料を共鳴 器の中に置き、キーバッド上の所望のリードアウトを要求し、ディスプレイ手段 上の所望の出力を認識することだけである。Summary of the invention The present invention utilizes a particularly small and lightweight permanent magnet, a microwave source, and a circular and a resonator containing a sample having the properties to be determined. Provides a spin resonance spectrometer, in which the resonator is inductively coupled to a circulator and its coupling by means of a closed-loop matching network that operates to optimize inductive coupling. It is. The magnetic field produced by the magnet generates an audible frequency signal combined with a slow ramp signal. modulated by the signal. This audio-frequency signal is passed to a phase-sensitive detector. Supplied. The reflected electron spin resonance signal (ESR) from the circulator is , detected and amplified by a special amplifier, which detects the ESR signal by phase-sensitive detection. This detector detects the phase-matched and phase-sensitive characteristics fed to the detector. Removes noise by amplifying only the ESR signal at a certain audio frequency . This amplifier uses a signal that varies with the detector current to be used by the microphone. Also supplies a single board computer that controls the output frequency of the radio wave source . The computer is connected to an input keypad and an output display means. and provides an output signal that tunes the matching circuit. This system is fully developed is automatic and can be performed by humans with very limited training. It can be operated to accomplish the following. In the end, all that is required of the operator is to bring the sample into resonance. place in the display device, request the desired readout on the keypad, and display the It's just a matter of recognizing the desired output above.
図面の簡単な説明 本発明は、以下の発明の詳細な説明と、次の図面を参照することで、より明確に 理解されよう。Brief description of the drawing The present invention will be more clearly understood by referring to the following detailed description of the invention and the following drawings. be understood.
図1は、本発明による電子スピン共鳴分光計(ESR3)のシステム・ブロック 図の概略である。Figure 1 shows the system block of an electron spin resonance spectrometer (ESR3) according to the present invention. This is a schematic diagram.
図2は、図1のシステムと共に用いられ得る永久磁石アセンブリの全体図である 。FIG. 2 is an overall view of a permanent magnet assembly that may be used with the system of FIG. .
図3は、図1のシステムと共に用いられ得るストリップ・ギャップ共鳴器の全体 図である。FIG. 3 shows an overall strip gap resonator that can be used with the system of FIG. It is a diagram.
図4は、図1のシステムと共に用いられるインピーダンス整合構造の全体図であ る。FIG. 4 is an overall diagram of an impedance matching structure used with the system of FIG. Ru.
図4Aは、図4において円A−Aで示された部分の拡大図である。4A is an enlarged view of the portion indicated by circle A-A in FIG. 4. FIG.
図5は、図1のシステムと共に用いられ得る共鳴器の別の形態の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of another form of resonator that may be used with the system of FIG. 1.
図6は、図1のシステムと共に用いられ得る共鳴器の更に別の形態の概略図であ る。FIG. 6 is a schematic diagram of yet another form of resonator that may be used with the system of FIG. Ru.
図7は、図1のシステムに組み込むことが可能であるある型のリモート・センサ の回路図である。Figure 7 shows a type of remote sensor that can be incorporated into the system of Figure 1. FIG.
発明の詳細な説明 図1において、ESRによって検知可能な特定の試薬と共に薬物を含む疑いがあ る血液又は尿、正当性を確認したいクレジットカード等の固体、鑑定したい宝石 、あるいは年代を測定したいものなどの試料が、試料チャンバ10に置かれ、そ こで永久磁石12からの強い磁界に露出される。磁石12は、その近傍に、その 磁石の磁極片の周囲に巻かれたコイル14を有し、その磁極片には3. 5kH 2等の周波数の交流が供給される。この3.5kHzの電流は、基準発振器16 で生成され、この3.5kHzの電流とシングルボード・コンピュータ20から 供給されるランプ信号とを加える加算回路18に供給される。ランプ信号は、非 常に遅く、1分のオーダーの繰り返し数 (repetition rate) を有する。したがって、永久磁石は、ランプと3.5kHzの組合わされた信号 によって変調される磁界を生じる。Detailed description of the invention In Figure 1, a suspected drug containing a specific reagent detectable by ESR is shown. blood or urine, solid objects such as credit cards whose authenticity you want to confirm, jewelry you want to authenticate , or a sample whose age you wish to measure is placed in the sample chamber 10, and then Here, it is exposed to a strong magnetic field from the permanent magnet 12. The magnet 12 has a magnet in its vicinity. The magnet has a coil 14 wound around the pole piece, the pole piece having 3. 5kH An alternating current of frequency 2 is supplied. This 3.5kHz current is applied to the reference oscillator 16. from this 3.5kHz current and a single board computer 20. It is supplied to an adder circuit 18 which adds the supplied ramp signal. The lamp signal is Always slow, repetition rate on the order of 1 minute has. Therefore, the permanent magnet will absorb the lamp and the 3.5kHz combined signal. produces a magnetic field that is modulated by
永久磁石アセンブリ12は、図2に示されており、永久磁石のテイルピース13 とエアギャップを調節して様々な試料チャンバの構成にも適合するように移動し 得る調整可能な永久磁石部材15とをを含むスチール・ヨーク11を含んでいる 。テイルビース13と磁石部材15とのそれぞれは、更に均一な磁界を提供する 役割を有するアモルファス鉄(Metglas)の磁極片17.19によって覆 われる永久磁石の円筒状部材を含む。部材13及び15はそれぞれ、上述の変調 された磁界ランプ信号を与える銅の巻線コイル14を支持する。磁石部材13. 15及び磁極片17.19は、直径が約2インチであり、アセンブリ12全体で ほぼ5平方インチであって、この磁石アセンブリは、ESRの用途に対しては非 常に小型であり、700Gaussの幅の磁界を生じる。The permanent magnet assembly 12 is shown in FIG. 2 and includes a permanent magnet tailpiece 13. and air gap to accommodate various sample chamber configurations. The steel yoke 11 includes an adjustable permanent magnet member 15 and a steel yoke 11. . Each of the tail bead 13 and the magnet member 15 provides a more uniform magnetic field. Covered by amorphous iron (Metglas) pole piece 17.19 with the role It includes a cylindrical member of permanent magnet. Members 13 and 15 each have the modulation described above. It supports a copper wound coil 14 which provides a magnetic field ramp signal. Magnet member 13. 15 and pole pieces 17, 19 are approximately 2 inches in diameter and the entire assembly 12 is approximately 2 inches in diameter. At approximately 5 square inches, this magnet assembly is non-standard for ESR applications. It is always small and produces a magnetic field with a width of 700 Gauss.
試料チャンバ10は、容器であることに加えて、マイクロ波共鳴器であり、好ま しい形態においては、特311に作られた水晶の円筒を含む。但し、中に試料が 入れられる螺旋又は平らなコイルでありうる。薬物を含む疑いのある試料に対し ては、チャンバは、好ましくは、表面に厚さが1−5マイクロメータで非常に小 さなギャップを残した銀の円周状のリング21が配置された試験官に類似の水晶 の容器(図3を参照)を含むストリップギャップ共鳴器である。この共鳴器の周 波数は、管りの直径とギャップGの幅に依存し、次のように決定されている。In addition to being a container, the sample chamber 10 is a microwave resonator and is preferably In a new form, it includes a specially made 311 crystal cylinder. However, if there is a sample inside It can be a coiled helix or a flat coil. For samples suspected of containing drugs In this case, the chamber is preferably very small with a thickness of 1-5 micrometers on the surface. A crystal similar to the examiner in which a silver circumferential ring 21 is placed leaving a small gap. a strip gap resonator containing a vessel (see FIG. 3). The circumference of this resonator The wave number depends on the diameter of the tube and the width of the gap G, and is determined as follows.
fo = 0.79 0.66rG+7.69/rD+6.46v’G/v’D ここで、foは、GHzを単位とする共鳴周波数、Gは、ミリメータ単位のギャ ップの幅、Dは、ミリメータ単位の管の外径である。共鳴周波数は、金属のデポ ジット21の高さLには比較的関係しない(insensitive) である ことが分かっている。ギャップGは、所望ならばあるいは調節可能なカム23に よって幅を変え得るのならば、2つ又はそれ以上の物理的なギヤツブとして形成 され得る。異なったギャップの幅は、一般には、円筒の別々の水晶管においては 更に容易に作成し得る。fo = 0.79 0.66rG+7.69/rD+6.46v'G/v'D where fo is the resonant frequency in GHz and G is the gap in millimeters. The width of the pipe, D, is the outside diameter of the tube in millimeters. The resonant frequency is the metal depot It is relatively insensitive to the height L of the jet 21. I know that. Gap G can be adjusted if desired or by adjustable cam 23. Therefore, if the width can be changed, it can be formed as two or more physical gears. can be done. The different gap widths are generally It is also easier to create.
マイクロ波発生器は固体発振器でありうるが、数字22に示されており、はぼ2 GHzのマイクロ波出力を生じるようにライン24を通じてコンピュータ20に よって制御されてイネ!プルされる。これは、はとんどのESRシステムで用い られている通常の約9GHzとは異なる。2GHzの周波数である1つの理由は 、水を含む試料を用いる場合には、マイクロ波エネルギの吸収がこの周波数では 9GHzと比較して低いことである。マイクロ波発生器22の出力は、3ポート のサーキュレータ26のポート1に与えられ、この出力は、マイクロ波エネルギ の試料チャンバ10の中への結合を調整するのに用いられる整合回路30への同 軸ケーブルでありうるマイクロ波コンジット28を通じてポート2から送られる 。いくらかのマイクロ波エネルギは、コンジット28を通じてサーキュレータに 反射して戻り、サーキュレータは、それをポート3を介して、好ましくはゼロバ イアスのショットキ・ダイオードである検出器32に送る。このダイオードは、 例えば、米国ニューシャーシー州01936、East Hanover、31 Farinella DriveのTriangle Microwave社製 造のものであり、これは、検出器をバイアスす・る人工の不整合を必要とせず、 よって、結果として更に大きな感度が得られる。The microwave generator can be a solid state oscillator, shown at number 22, to the computer 20 via line 24 to produce a GHz microwave output. Therefore, rice is controlled! Pulled. This is used in most ESR systems. This is different from the normal frequency of about 9 GHz. One reason for the 2GHz frequency is , when using samples containing water, the absorption of microwave energy is limited at this frequency. This is lower than 9GHz. The output of the microwave generator 22 is 3 ports. The output is given to port 1 of the circulator 26 of the to the matching circuit 30 used to adjust the coupling of the sample into the sample chamber 10. from port 2 through microwave conduit 28, which may be an axial cable. . Some microwave energy is passed through conduit 28 to the circulator. reflected back and the circulator passes it through port 3, preferably at zero bar. It is sent to a detector 32, which is a Schottky diode from Iass. This diode is For example, 31 East Hanover, New Chassis, 01936, USA. Farinella Drive's Triangle Made by Microwave It does not require an artificial mismatch to bias the detector, and Therefore, even greater sensitivity can be obtained as a result.
検知された信号は、増幅器34に供給され、この増幅器34は、検出器電流をシ ングルボード・コンピュータ20に供給し、そこで電流は以下で論するように、 マイクロ波発生器22への周波数制御のため、及び、結合制御のために用いられ る。増幅器34は、また、電圧であって位相感知検出器36に次に供給される電 子スピン共鳴(ESR)信号を増幅する。増幅器34は、更に、検出器電流とE SR信号との両方をフィルタするフィルタリング回路を含む。The sensed signal is fed to an amplifier 34, which signals the detector current. to the single-board computer 20, where the current flows as discussed below. Used for frequency control to the microwave generator 22 and coupling control. Ru. Amplifier 34 also outputs a voltage which is then supplied to phase sensitive detector 36. Amplify the electron spin resonance (ESR) signal. Amplifier 34 further includes detector current and E It includes a filtering circuit that filters both the SR signal and the SR signal.
位相感知検出器36は、3.5kHzの発振器信号を基準として、及び増幅され たESR信号を受け取り、基準発振器信号を位相の合ったESR信号の部分を増 幅する。この同じ基準信号が、試料チャンバの周囲の磁界を変調するのに用いら れるので、任意のESR感知物質は、この基準信号に基づいて出力信号を生じる 。ESR信号のほとんどのノイズ要素は位相感知検出器によって拒絶される。The phase sensitive detector 36 is referenced to the 3.5 kHz oscillator signal and oscillator signal, and increases the portion of the ESR signal that is in phase with the reference oscillator signal. Width. This same reference signal is used to modulate the magnetic field around the sample chamber. so that any ESR sensing material produces an output signal based on this reference signal. . Most noise components of the ESR signal are rejected by the phase sensitive detector.
これは、それらの要素は3.5kHzの基準信号と関係がないからである。出願 人が満足のいくものと考える位相感知検出器は、米国カリフォルニアしゅうBe rke l eyのEvans Electronics社のModel No 、4110である。This is because those elements are not related to the 3.5kHz reference signal. application Phase-sensitive detectors that people consider satisfactory are rke l ey Evans Electronics Model No. , 4110.
整合デバイス30は、マイクロ波エネルギを共鳴器又は試料チャンバ10の中に 結合するが、図4に更に詳細に示されている。結合ループ38は、エネルギを共 鳴器に誘導的に結合し、インピーダンス整合は、結合ループ38と共鳴器との間 の適切な距離を固定することにより当初に機械的に調整される。ソフトウェアに よる制御によって、コンピュータ20は、マイクロ波発生器22の周波数を試料 チャンバ10の周波数に対応させるように設定する。コンピュータは次に、増幅 器34から受け取った検出器電流の値に基づいて、整合の調整が必要かどうかの 決定を行う。もしそれが必要ならば、最小の検出器電流が達成されるまで検出器 電流をモニタしながら、アナログ信号がライン39を介して整合デバイス30に 送られる。バラクタ・ダイオード40.42(図4)が、したがって、コンピュ ータ20によって調整され、動作の介在なしに、インピーダンス整合が維持され る。このプロセスは、試料チャンバ10の周波数に僅かに影響し、その周波数が 調整される。周波数の調整と整合の調整が順次反復されて、検出器電流の所望の 最小値が達成されるまで反復される。反射されたパワーは、サーキュレータ26 の第3のポートに現れ、検出器ダイオード32によって整流される。Matching device 30 directs microwave energy into resonator or sample chamber 10. The combination is shown in more detail in FIG. Coupling loop 38 shares energy. impedance matching is provided between the coupling loop 38 and the resonator. initially mechanically adjusted by fixing the appropriate distance. to software The computer 20 controls the frequency of the microwave generator 22 to The frequency is set to correspond to the frequency of the chamber 10. The computer then amplifies Based on the value of the detector current received from the detector 34, it is determined whether a matching adjustment is necessary. make a decision If it is necessary, the detector An analog signal is passed through line 39 to matching device 30 while monitoring the current. Sent. The varactor diode 40.42 (Fig. 4) is therefore impedance matching is maintained without operational intervention. Ru. This process slightly affects the frequency of the sample chamber 10, so that the frequency be adjusted. The frequency adjustment and matching adjustment are repeated sequentially to obtain the desired detector current. Iterates until the minimum value is achieved. The reflected power is transferred to the circulator 26 and is rectified by the detector diode 32.
本出願人のシステムと関連して用いられ得る共鳴構造の他の知られているタイプ には、周知の螺旋型共鳴器[R,H,Webb、 Rev、 Sci、 In5 t、 33.732−737(1962) ;F、 Vo■ ino、 F、 C5akvary、 and P、 5ervoz−Gavi n、 Rev、 Sci、In5t39.1660−166T(1968月、H 1 Nishikawa他による平坦コイル共鳴器[H,NiN15hika、 H ,Fujii、 and L、 J。Other known types of resonant structures that may be used in conjunction with Applicant's system The well-known helical resonator [R, H, Webb, Rev, Sci, In5 t, 33.732-737 (1962); F, Vo■ ino, F, C5akvary, and P, 5ervoz-Gavi n, Rev, Sci, In5t39.1660-166T (August 196, H 1 Flat coil resonator by Nishikawa et al. [H, NiN15hika, H , Fujii, and L, J.
Berliner、 J、 Magn、 Re5on、 、 62.79−86 (1985)]がある。3つの共鳴構造すべてが、試料の位置におけるマイクロ 波磁界を凝縮 (concentrate)させる目的を有しており、それによ って、構造Qのクォリティ・ファクタに比例して感度を向上させる。Berliner, J., Magn, Re5on, 62.79-86 (1985)]. All three resonant structures are microscopic at the sample location. It has the purpose of concentrating the wave magnetic field, and thereby Thus, the sensitivity is improved in proportion to the quality factor of the structure Q.
図5及び図6は、平坦な及び螺旋状の共鳴器をそれぞれ示している。螺旋の理論 的な共鳴周波数とクォリティ・ファクタは、上記のVolino他の文献に与え られているが、平坦なコイルについては信頼し得る理論は展開されていない。Figures 5 and 6 show flat and helical resonators, respectively. spiral theory The resonant frequencies and quality factors are given in Volino et al., supra. However, no reliable theory has been developed for flat coils.
後者の構造についての我々自身のオリジナルな仕事によれば、f0ニア、 5F /(L+0.570)であり、foは、GHzを単位とする共鳴周波数であり、 量り及びDは、センチメータを単位とし、図6に示されている。Fは、経験的な 補正ファクタであって量Gに依存し、Gがゼロに近づくと1に近づく。フルオク ターブのfoにおける変動は、平坦コイル構造の脚を広げることにより達成され 得て、よって、この構造は容易に同調される。According to our own original work on the latter structure, f0 near, 5F /(L+0.570), where fo is the resonant frequency in GHz, The scale and D are in centimeters and are shown in FIG. F is empirical A correction factor that depends on the quantity G and approaches 1 as G approaches zero. full auction Variations in the fo of the turbes are achieved by spreading the legs of the flat coil structure. Therefore, this structure is easily tuned.
以上で論じたように、増幅器34からの増幅された検出器電流はコンピュータ2 0に供給される。この検出される直流信号の極性と大きさに依存して、コンピュ ータは、信号をライン24に沿って送り、マイクロ波発生器22の周波数を補正 する。コンピュータ20は、米国コロラド州WestminsterのOcta gon Systems社のMode l 5BS−2300によって作られる 市販のシングルボード・コンピュータである。このコンピュータは、アナログ大 刀及び出力を用いて、オペレータの指示及び試験結果を表示する小型のフラット パネル・ディスプレイを駆動させる。As discussed above, the amplified detector current from amplifier 34 is 0. Depending on the polarity and magnitude of this detected DC signal, the computer The controller sends a signal along line 24 to correct the frequency of microwave generator 22. do. Computer 20 is an Octa computer located in Westminster, Colorado, USA. Made by Gon Systems' Model 5BS-2300 It is a commercially available single-board computer. This computer is an analog large A small flat panel that displays operator instructions and test results using a knife and output. Drives the panel display.
位相感知検出器36からのESR信号は、コンピュータが受け取って実証試験の ための適切な信号か否かを判定する電圧である。コンピュータ20は、通常のク ロックを含むが、加算回路18にロングターム・ランプ電圧を提供し、フラット パネル・ディスプレイに出力を提供する。The ESR signal from the phase sensitive detector 36 is received by a computer for verification testing. This voltage is used to determine whether the signal is appropriate for the purpose. Computer 20 is a normal computer. includes a lock, but provides a long-term ramp voltage to the summing circuit 18, and provides a flat Provides output to a panel display.
上述のように、ESR技術の1つの応用は、ホールの底の原油の流れの存在やパ ターンを判定することである。これには、図7に示されるようなリモート・セン サが必要であり、これは、磁石12、コイル14、整合デバイス30、図5及び 図6に示したもののような適切な共鳴構造などを含む図1の構造に類似の構造を 用いている。図7には、コイル56による変調を受ける磁界を有するNSの磁石 部材の間に位置する螺旋50の形態の共鳴構造が示されている。図4Aに示され るのと同様ないしは類似の整合デバイス58が、螺旋5oに誘導的に結合してい る。整合デバイス58は、導線39とサーキュレータ26のポート2とに同軸ケ ーブル28を介して接続され、コイル56は、制御された電流源18に導線60 を通じて接続されている。同軸ケーブル28とライン39及び60は、油井の底 の所望の位置に達するように、数千フィート程度に非常に長い必要がある。その ような長さのために、信号を支援するための増幅器をラインに設ける必要があり うる。上述のセンサ又はプローブは、油井の中に落下させるのに適切な同軸ケー ブル又はライン39及び60を含むケーブルに付属した非常に小型のハウジング の中に備え付けられ得る。この装置により、原油そのものがこのハウジングを通 過することによってN1cksie、5tarkeの米国特許第4560663 号に記載されたアスファルテン・フリーラジカルの存在を示す信号が提供される 。地下の流れを追跡するのには、米国特許第3993131号に記述されている ように、第1の位置において、スピンでラベル付けされた化合物(S L)を加 えて、上述のプローブを用いて別の場所でSLを含む油の存在を感知すればよい ことになる。As mentioned above, one application of ESR technology is to detect the presence and flow of crude oil at the bottom of the hole. It is to judge the turn. This includes a remote sensor as shown in Figure 7. The magnet 12, the coil 14, the alignment device 30, and the A structure similar to that of Figure 1, including a suitable resonant structure such as that shown in Figure 6. I am using it. FIG. 7 shows an NS magnet with a magnetic field modulated by a coil 56. A resonant structure in the form of a helix 50 located between the members is shown. Shown in Figure 4A An alignment device 58 similar to or similar to that described above is inductively coupled to the helix 5o. Ru. Matching device 58 connects conductor 39 and port 2 of circulator 26 with a coaxial cable. The coil 56 is connected via a conductor 60 to the controlled current source 18. connected through. Coaxial cable 28 and lines 39 and 60 are connected to the bottom of the oil well. It needs to be very long, on the order of several thousand feet, to reach the desired location. the Because of their length, it is necessary to include an amplifier in the line to support the signal. sell. The sensor or probe described above is equipped with a coaxial cable suitable for dropping into the oil well. Very small housing attached to cables including cables or lines 39 and 60 can be installed in the This device allows the crude oil itself to pass through this housing. No. 4,560,663 to N1cksie, 5tarke. A signal is provided indicating the presence of asphaltene free radicals as described in No. . For tracking subsurface flows, the method described in U.S. Pat. No. 3,993,131 Add the spin-labeled compound (SL) at the first position as follows. Then, the presence of oil containing SL can be detected at another location using the above-mentioned probe. It turns out.
本発明の上述の実施例は、単にその原理を記述したものであって、限定と見なさ れるべきものではない。例えば、上述の2GHzのマイクロ波周波数は、水ない し水が基である液体が、血液や尿を分析するために特定の構造を有用とする9G Hzの範囲のより一般的に用いられる周波数の場合はどには、エネルギを吸収し ないから、有用であると以上では説明されている。用いる試料によって、最大で 34GHz間での周波数が用いられ得る。マイクロ波技術の当業者には理解され るように、そのような変更はハードウェアの部品を変更させるであろうが、その 機能には変更はない。他の変更や修正が当業者には思い浮かぶであろうが、特定 の実施例によって限定されるものではない。本発明の技術範囲は、その均等物も 含めた請求の範囲によってのみ画定される。The above-described embodiments of the invention are merely illustrative of its principles and should not be construed as limitations. It's not something that should be done. For example, the 2GHz microwave frequency mentioned above is 9G, a water-based liquid whose specific structure is useful for analyzing blood and urine For the more commonly used frequencies in the Hz range, energy is absorbed. It is explained above that it is useful because there is no such thing. Depending on the sample used, up to Frequencies between 34 GHz can be used. As understood by those skilled in microwave technology, Although such changes would cause parts of the hardware to change, as There is no change in functionality. Although other changes and modifications will occur to those skilled in the art, the specific The present invention is not limited to the embodiments. The technical scope of the present invention also covers equivalents thereof. Defined solely by the scope of the claims included.
〜 〜 要約書 特定の狭い範囲の業務専用の電子スピン共鳴分光計が、小型化されており、通常 の実験室におけるESR分光器と比較すると、これは、容易に可搬であり、試験 を行うためにさまざまな現場に持って行くことが可能である。この分光器は、通 常よりもずっと小型の磁石構造と、自己完結型のシングルボード・コンピュータ と、そのコンピュータによって調節できるマイクロ波ソースとを用いる。マイク ロ波ソースは2GHzの範囲で動作して、サーキュレータ(26)を通じて整合 回路(30)に接続しており、この整合回路は、マイクロ波信号を、磁石構造の 磁界の中に置かれた試料チャンバ/共鳴器(10)に誘導的に結合する。発振器 (16)は、コンピュータからの遅いランプ信号と組み合わされた可聴周波数信 号を提供して、磁石構造の出力を変調する。試料チャンバ/共鳴器(10)から 反射されたエネルギが検知されて、検出器電流とESR電圧信号とを分離する特 別の増幅器(34)に供給され、電流信号をマイクロ波周波数を制御するコンピ ュータ(20)に送り、ESR電圧を位相感知検出器(36)に送る。~ ~ abstract Electron spin resonance spectrometers dedicated to specific and narrow tasks are becoming smaller and typically Compared to ESR spectrometers in laboratories, this is easily portable and easy to test. It is possible to take it to various sites to perform various tasks. This spectrometer is Much smaller magnetic structure and self-contained single-board computer and a microwave source that can be adjusted by the computer. microphone The radio wave source operates in the 2 GHz range and is matched through the circulator (26). The matching circuit connects the microwave signal to the magnetic structure. Inductively coupled to a sample chamber/resonator (10) placed in a magnetic field. oscillator (16) is an audio frequency signal combined with a slow ramp signal from a computer. modulate the output of the magnet structure. From the sample chamber/resonator (10) The reflected energy is sensed and a feature separates the detector current and ESR voltage signals. The current signal is fed to another amplifier (34), which controls the microwave frequency. the ESR voltage to a phase sensitive detector (36).
Claims (1)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US704,612 | 1991-05-23 | ||
| US07/704,612 US5233303A (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Portable dedicated electron spin resonance spectrometer |
| PCT/US1992/004289 WO1992021988A1 (en) | 1991-05-23 | 1992-05-20 | Portable dedicated electron spin resonance spectrometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05508933A true JPH05508933A (en) | 1993-12-09 |
Family
ID=24830209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP93500466A Pending JPH05508933A (en) | 1991-05-23 | 1992-05-20 | Portable dedicated electron spin resonance spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05508933A (en) |
-
1992
- 1992-05-20 JP JP93500466A patent/JPH05508933A/en active Pending
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