Главная | Обратная связь

Программа для измерения спектров ЭПР. Общие рекомендации по выбору параметров

Программное обеспечение для спектрометра EPR PS100.X позволяет осуществлять регистрацию спектров ЭПР и производить простые математические операции с ними: увеличение масштаба, сглаживание шумов, корректировку на уровень фона, интегрирование и дифференцирование сигнала. Отметим, что аналогичные операции можно выполнять и с использованием других компьютерных программ. Например, можно для этих целей порекомендовать программу “Origin”, которая наряду с достаточным набором разных математических операций имеет также хороший выбор графического дизайна. Для преобразования данных, полученных в процессе измерения в текстовом формате с расширением .spe, в данные, имеющие цифровой формат с расширением .dat, необходимо задействовать программу “Coder.exe” по следующей схеме. Щелкнуть левой клавишей мыши на кнопку “Пуск” в левом нижнем углу рабочего стола “Windows 95”. Затем выбрать операцию “Выполнить”. В появившейся на экране командной строке набрать адрес пути, по которому находится программа Coder.exe и экспериментальные файлы. Затем ввести имя программы, имя файла, полученного при измерении, и имя файла, в который он трансформируется. Пример: D\\EPR\Experiment\Coder.exe_por-Si.spe_por-Si.dat. Убедившись, что все записано правильно, нажать клавишу “Enter”. После этого операция конвертирования завершена, и в указанной директории появится файл с расширением .dat.

Теперь вернемся собственно к самой программе регистрации спектров ЭПР. На рабочем столе “Windows 95” расположен значок Eprcmd16.exe. Для запуска программы необходимо дважды щелкнуть мышью по этому значку. Программа запущена, при этом во весь экран развернется рабочая панель. В правом верхнем углу панели отображается информация, в какой позиции находится курсор, т.е. можно легко измерить значение напряженности магнитного поля и интенсивности линии ЭПР (расстояние по вертикали между максимумом и минимумом производной сигнала поглощения ЭПР) в любой точке спектра. А при регистрации спектра ЭПР в самой нижней части экрана высвечивается информационная строка, показывающая, какое по счету сканирование из общего числа заданных осуществляется в данный момент времени.

Строка меню File имеет следующие команды: New – создать новый файл для записи спектра ЭПР; Open и Close – открыть и закрыть уже существующий файл со спектром ЭПР; Save и Save as – сохранить его в определенном месте на диске и с определенным именем, соответственно; Print – напечатать спектр ЭПР, выведенный на экран; Exit – выход из программы.

Команды из строки меню View позволяют отображать спектр ЭПР полностью (Whole spectrum), растягивать его вдоль вертикальной оси при малой интенсивности сигнала (Vertical stretch) и также определять некоторые параметры линии ЭПР (Sp. line params): интенсивность линии ЭПР, ее ширину, площадь под кривой поглощения, рассчитанную на 1 Гс.

Следующая строка меню EPR содержит такие команды, как Start registration – запись спектра ЭПР, Pause scan – пауза во время сканирования спектра, Stop scan – остановка записи спектра, Continue scan – продолжение записи спектра, и, наконец, Offset – установка нулевого уровня спектра ЭПР.

Рассмотрим более подробно первую и самую важную команду строки меню EPR – Start registration. При ее запуске на экране монитора появляется окно с набором параметров, которые необходимо задать самостоятельно, учитывая физические свойства исследуемого объекта. Итак, в первой и второй строках необходимо указать центр (Н₀) и диапазон развертки (DН_p) магнитного поля, соответственно. Если заранее не известно, при каком значении магнитного поля происходит резонанс, необходимо прописать пробный спектр ЭПР во всем диапазоне изменения магнитного поля: 0 ¸ 7000 Гс. Удобнее это сделать, разбив его на части, например, первый спектр с Н₀ = 300 Гс и DН_p = 600 Гс (это значит, что спектр будет сканироваться в интервале от 0 до 600 Гс) и т.д. Отметим, что не следует выбирать слишком большой интервал DН_p, если в спектре имеется лишь одиночная линия, поскольку число измеряемых точек в спектре постоянно и равно 4096. Таким образом, чем больше выбирается диапазон сканирования магнитного поля, тем менее точно будет прописана сама линия ЭПР.

В третьей строке окна с набором параметров требуется ввести длительность одного сканирования, а в четвертой строке – число сканирований n. При малых временах сканирования структура спектра не успевает прописаться достаточно четко. Поэтому для одиночной линии ЭПР надо выбирать как минимум 1 минуту, а для сложной структуры спектра ЭПР (содержащей, например, компоненты СТВ) необходимо задать 2 – 3 минуты. При выборе n следует учитывать, что интенсивность сигнала ЭПР увеличивается в n раз, тогда как амплитуда шумов возрастает всего в раз. Поэтому для достаточно слабых сигналов nдолжно быть достаточно большим – порядка 100 и больше. В то же время, следует иметь ввиду, что некоторые образцы содержат парамагнитные центры, которые в течение короткого времени могут превращаться из одной формы в другую. Поэтому длительное сканирование в таком случае нецелесообразно.

Далее рассмотрим такой важный параметр как амплитуда модуляции (см. п.2.1), который задается в мГс. Если известна ширина линии сигнала ЭПР DН, то величина Н_м задается, исходя из того, что важнее – как можно более точно прописать структуру спектра ЭПР, или выиграть в чувствительности (см. п.2.1). Если же величина DН для исследуемого объекта заранее не известна, необходимо найти ее самостоятельно. Для этого надо прописать серию спектров ЭПР при широком наборе Н_м, начиная с максимального значения 10000 мГс, и каждый раз при этом измеряя DН. Начиная с некоторого значения Н_м, величина DН больше не меняется; это и есть правильно определенное значение Н_м, не уширяющее DН.

Следующий параметр задает мощность микроволнового излучения в резонаторе (Power atten.), которая выражается в децибелах (dB). При регистрации спектров ЭПР, как уже отмечалось, следует избегать эффекта насыщения (см. п.1.4). Если заранее неизвестно, при каких значениях мощности сигнал ЭПР насыщается, необходимо найти их экспериментально. Для этого следует измерить зависимость интенсивности сигнала ЭПР от уровня мощности и построить ее графически. В отсутствие насыщения имеет линейный характер (см. [3] ). Для перехода от dB к единицам мощности можно использовать следующее соотношение:

, (30)

где P_max – максимальная мощность СВЧ излучения, подводимая к рабочему резонатору, P_x – текущее значение мощности СВЧ излучения, соответствующее числу dB x, задаваемому в строке Power atten.

Параметр усиления (Power gain) определяется таким образом, чтобы измеряемый спектр оптимально размещался на рабочей панели. Не допускается выход максимума и минимума линии ЭПР за пределы рабочего экрана. Отметим, что, например, запись 5Е2 в программе обозначает 5*10².

И, наконец, программа позволяет выбирать, в какой фазе записывать измеряемый сигнал ЭПР (Signal phase): 0 градусов (соответствует записи производной линии поглощения как слева максимум, справа минимум); или 180 градусов (слева минимум, справа максимум).

С правой стороны в окне Registration parameters имеются следующие команды. Команда UHF adjusting осуществляет пересылку всех заданных экспериментатором параметров спектрометру ЭПР и автоматическую настройку его в резонанс. Прибор готов к работе, когда на его передней панели загорается зеленая лампочка Ready. При изменении значения какого-либо параметра (при условии, что положение ампулы с образцом в резонаторе осталось неизменным) достаточно задать команду Send only, которая отсылает новые значения параметров от компьютера к прибору.

Когда все параметры заданы, переданы ЭПР-спектрометру, и он готов к работе, необходимо задать команду Ok, запускающую регистрацию спектра ЭПР. По окончании измерений выбрать команду Cancel.

Строка меню Batch содержит всего одну команду Run, которая позволяет запустить любую дополнительную программу для обработки спектров ЭПР.

Команды из строки меню Transform представляют собой набор простых математических операций, которые можно осуществлять со спектрами ЭПР. Перечислим их: Smooth – сглаживание шумов, Integrate – интегрирование линии ЭПР, Derive – дифференцирование линии ЭПР, Baseline correction – задание базовой линии (фона спектра), Accept – вычитание из спектра ЭПР фона, Cancel – отмена какой-либо операции, Restore – возврат к первоначальному виду спектра ЭПР.

Строка меню Options содержит команду Hardware, при запуске которой отображается информация, к какому порту компьютера подключен ЭПР-спектрометр.

Далее, строки меню Window и Help содержат набор команд, аналогичных многим стандартным программам, работающим в операционной среде Windows 95 (Word, Origin, Exel и др.). Это команды Cascade – окошки со спектрами ЭПР (если таковых несколько) располагаются каскадом; Tile – спектры расположены один под другим; Arrange Icons – окошки распологаются по порядку; Minimize All – свернуть (т.е. минимизировать размер) окошки со спектрами ЭПР; Content – описание программного обеспечения ЭПР-спектрометра PS100.X (на английском языке); About – информация об авторе данной программы ЭПР.

В заключение отметим, что дальнейшую обработку спектров ЭПР можно осуществлять с использованием как различных стандартных программ (таких, как Origin, Mathcad и др.), так и программ, написанных самостоятельно.