2-kanałowy Spektrometr na pasmo L do pomiarów ilościowych

2-kanałowy Spektrometr
Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego (EPR)
na pasmo L
do pomiarów ilościowych
Autorzy:
• Jan Duchiewicz, Andrzej L. Dobrucki, Andrzej Francik, Andrzej
Sadowski, Stanisław Walesiak, (Politechnika Wrocławska ITTiA)
• Tomasz Duchiewicz (KELLER Polska)
• Tadeusz Oleś (UJ Wydz. Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii,
Kraków)
• Wacław Stachowicz (Instytut Chemii i Techniki Jądrowej,
Warszawa)
• Jerzy Błaszczyk (ASONIK, Poznań)
Temat:
Zgłoszony w ramach konkursu pt. Program Badań Stosowanych,
ogłoszonego przez NCBiR w lutym 2012r (jeszcze nie rozszczygnięty)
Zastosowanie:
Ilościowe pomiary EPR próbek żywności o dużej zawartości wody
(tzw. żywności mokrej), trudno mierzalnej lub też w ogóle niemierzalnej w pasmach wyższych (X, Q)
2
2-kanałowy spektrometr EPR
(zasada działania)
Co jest niezbędne do budowy 2-kanałowego spektrometru EPR
(oprócz podstawowych bloków)?
- 2-komorowy rezonator pomiarowy, umożliwiający umieszczenie próbki badanej i wzorcowej (odniesienia),
- dodatkowy tor odbiorczy sygnału EPR, pochodzącego od
próbki wzorcowej,
- specjalny program komputerowy, umożliwiający jednoczesną
rejestrację obu sygnałów
3
Spektrometr EPR na pasmo L
Opracowany w latach 2008-2010, w ramach Projektu Rozwojowego NCBiR nr N R01 0018 04 pt. „Prototyp spektrometru
EPR do badań dozymetrycznych i identyfikacji napromieniowanej żywności”
W skład wykonanego spektrometru wchodzą następujące urządzenia:
a. Blok mikrofalowy na pasmo L wraz z rezonatorem typu Loop-Gap
b. Elektromagnes o małych rozmiarach (średnica nabiegunników wynosi
90mm)
c. Cyfrowy odbiornik sygnału EPR o częstotliwości 100kHz.
4
d. Hallotronowy stabilizator pola magnetycznego, zapewniający współbieżną z przemiataniem pola magnetycznego cyfrową rejestrację sygnału
EPR
e. Program komputerowy EPR System, sterujący wszystkimi blokami spektrometru (poprzez interfejs USB), zapewniający cyfrową rejestrację sygnałów EPR oraz ich zaawansowaną obróbką cyfrową
Wykonano dwa prototypy takiego spektrometru, przy czym
jeden z nich zainstalowano w Samodzielnym Laboratorium
Identyfikacji Napromieniowanej Żywności (SLINŻ) w Instytucie
Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie, w którym są prowadzone rutynowe badania napromieniowanej i nienapromieniowanej żywności.
5
Rejestracje sygnałów EPR w paśmie L oraz X
różnych próbek żywności, przeprowadzone w SLINŻ
Sygnały EPR daktyla (bez suszenia) nie napromieniowanego (kolor zielony)
i napromieniowanego dawką 5kGy (kolor czerwony).
a – pomiar w paśmie L, b - ta sama próbka, pomiar w paśmie X
Sygnał EPR pulpy truskawkowej nie napromieniowanej (kolor zielony)
i napromieniowanej dawką 5kGy (kolor czerwony).
a - pomiar w paśmie L, b - ta sama próbka, pomiar w paśmie X
Sygnał EPR surowej (wilgotnej) kości udowej kurczęcia nie napromieniowanej (kolor czerwony) i napromieniowanej dawką 4kGy kolor zielony).
a - pomiar w paśmie L, b - ta sama próbka, pomiar w paśmie X
Na powyższych rysunkach widać, że niektóre sygnały są słabo mierzalne lub też w ogóle niemierzalne w popularnym paśmie X
6
2-kanałowy spektrometr EPR na pasmo L
Proponowany w ramach Programu Badań Stosowanych NCBiR
Rezonator typu Loop-Gap do 2-kanałowego spektrometru EPR
na pasmo L
7
Okno główne programu EPR System
do spektrometru 2-kanałowego
Najważniejsze funkcje programu
- sterowanie wszystkimi, blokami spektrometru (stabilizator pola magnetycznego, cyfrowe odbiorniki sygnału EPR 100kHz i 1kHz, blok mikrofalowy
- współbieżna z przemiataniem pola magnetycznego rejestracja sygnałów
EPR, pochodzących od obu próbek
- rodzaje rejestracji: rejestracja pojedyncza, wielokrotna z automatycznym
nadawaniem nazwy, rejestracja wielokrotna z akumulacją i uśrednianiem
- zawansowane operacje matematyczne na zarejestrowanych sygnałach:
sumowanie, odejmowanie, porównywanie, wygładzanie, całkowanie, różniczkowanie, obliczanie charakterystycznych parametrów wg wprowadzonego
wyrażenia itp.
- współpraca z innymi, dodatkowymi przyrządami pomiarowymi (sterowanymi w
standardzie USB lub RS232), którymi mogą być np. miernik pola magnetycznego,
miernik częstotliwości i mocy mikrofalowej, regulator temperatury badanej próbki
itp.