FII:

I .

l . ·:

i

I i

I

! ....

I

Hoofdstuk VI.

Intensiteitsmetingen Metingen aan zwavel

6.1. Inleiding.

56

-Zoals reeds aan het begin van het afstudeerverslag is opgemerkt, heeft o.a. het nauwkeur~g meten van de intensiteiten als uitgangspunt gediend bij het bouwen van de E.S.R. apparatuur.

Daartoe is een zogenaamde dubbelpreparaat trilholte vervaardigd.

In paragraaf (6.2.) za+ bespro~en worden waarom het meten van intensiteiten zoveel. moeilijker is als het meten van de plaats

(g-waarde) van de E.S.R. lijn. Het afstudeerwerk is afgerond met het vervaardigen van een installatie voor het opwekken van hoge temperaturen in de preparaattrilholte (6.3.) en een proefmeting aan zwavel bij T

=

20 - 308- 360 - 400 - 452°C. (6.4.)~

6.2. Het meten van intensiteiten

Om de intensiteit van een preparaat te bepalen kan men het volgende doen. Men meet van dit preparaat het E.S.R.

spectrum. Dit vergelijkt men met de E.S.R. l~jn van een preparaat waarvan de intensiteit bekend is.

De grote onnauwkeurigheid van deze methode moge uit de volgende punten blijken;

1°. De vulfactoren van beide preparaten moeten hetzelfde zijn.

Niet alleen de veldverdeling van het h.f. wisselveld maar ook die van het modulatieveld dienen hetzelfde te zijn.

2°. Stoffen met grote diëlectrische constanten verstoren het pa-troon van het h.f. wisselveld. Dit moet in. beide preparaten

op dezelfde wijze geschieden.

3°. Als de preparaten verwisseld worden, verandert de kwaliteits-factor van de trilholter Hierdoor verandert de gevoeligheid van de apparatuur.

4°.

De trilholte moet bij het meten van beide preparaten op ·de-zelfde wijze gekoppeld zijn aan de trilholte-arm.

5°.

Er moet voor gezorgd worden, dat in beide gevallen geen verza-diging optreedt van de 30 MHz. versterker.

6°.

Als de ingangsverzwakkers van de lock-in detector bij het me-ten veranderd moeme-ten worden, dan dienen deze geijkte waarden te hebben.

7°.

Als de preparaten verwisseld worden, kan de resonantiefre-quentie van de trilholte veranderen. De klystronfreresonantiefre-quentie moet bijgeregeld worden. Het uitgezonden vermogen kan dan veranderen.

De gebouwde dubbelpreparaat trilholte lost een groot aan-tal problemen op, zie figuur 6.1.

~••'l~"~-.w.'c:

'""'. •al ...

Figuur 6.1.

Beide preparaten in identieke preparaatbuizen worden tegelijkertijd gemeten. Elk preparaat is bevestigd tussen twee modulatiespoeltjes en heeft een eigen modulatiefrequentie.

Via twee lock-in detectoren worden de signalen gescheiden verwerkt.

Met behulp van de dubbel Y - X recorder worden de eerste afgeleiden van de absorptiekrommen tegelijkertijd geregistreerd. Het verband

tussen de spinconcentratie en de waargenomen intensiteit van de geregistreerde kromme is:

met:

Nb

=

bekende intensiteit N

=

onbekende intensiteit

0

index 1

=

^{kanaal 1}

index 2

=

^{kanaal 2}

A

=

constante, die afhangt van de kanaalversterking en de modulatieamplitude

B

=

constante die afhangt van de koppelfactor van de trilholte (is voor beide preparaten dezelfde) V

=

stand ingangsverzwakkers van de lock-in detector M

=

waarde van de dubbelintegraal van de geregistreerde

kromme.

De ijkprocedure is nu als volgt. Bereken de verhouding Nb/N0• B valt weg. Verwissel de preparaten en meet opnieuw.

Laat de modulatie amplitudo ongewijzigd. Bereken opnieuw de ver-houding. De constante B kan veranderd zijn, maar valt opnieuw weg. Uit de twee berekende verhoudingen kan A₁/A₂ geëlimineerd worden, zodat:

(6.2.2.) Als de intensiteit Nb exact bekend is, kan N

0 redelijk nauwkeurig bepaald worden. Hoe groot deze nauwkeurigheid precies is,

zal experimenteel vastgesteld moeten worden. Men kan deze ijking met.verschillende ijkpreparaten uitvoeren.

Met deze dubbelpreparaat trilholte zijn nog geen metingen uitgevoerd. Zij zal onder andere gebruikt worden bij het nauwkeu-rig bepalen van de spin concentratie van zwavel bij temperaturen

0 0

tussen 20 C - 500

c.

Opmerking

Bij het nauwkeurig meten van de frequentie van het signaalklystron

de g-waarde behoeft alleen v

en de waarde van het sta-tische magneetveld bij maximale resonantie bekend te zijn. De fre-quentie kan met een nauwkeurigheid van 1. op 10 7 gemeten worden;

het magneetveld met behulp van protonresonantie

t

^{1 op 10}5 •

6.3.

Hoge temperatuur voorziening

In figuur 6.2. is schematisch aangegeven hoe het paramag-netische preparaat in de trilholte verhit wordt. Langs een stook-spiraal van platina wordt stikstofgas geleid. Het preparaat, dat in de dubbelwandige kwartsbuis op de juiste plaats in de trilholte bevestigd is, wordt op deze wijze verwarmd.

I

"\ Luc),t

·'

I I I

Figuur 6.2.

Door de stroom die door de stookspiraal loopt te variëren kan de temperatuur van het preparaat ingesteld worden. Door lucht in de trilholte-arm te blazen, kan de trilholte gekoeld worden.

De koellucht kan via een venstertje uit de trilholte ontsnappen.

Door middel van een thermokoppel wordt de temperatuur ter plaatse van het preparaat bepaald.

Deze hoge temperatuur inrichting is nog in een experimen-teel stadium. De stabiliteit van de temperatuur blijkt kleiner te zijn, dan 0,5°0. De haalbare temperatuur is momenteel :!: 650°0.

Over de temperatuurgradient in het preparaat is nog niets bekend.

Een nauwkeurige ijking is noodzakelijk.

60

-Het grote voordeel van deze methode van verwarming ~s,

dat geen metalen stookelementen in de trilholte gebracht worden.

Deze verlagen de kwaliteitsfactor van de trilholte. Voor andere methoden zie literatuur ( 1 ) ( 2 ).

De zwavelmetingen beschreven in paragraaf 6.4. zijn met dit stookapparaat uitgevoerd.

6.4. Proefmeting aan zwavel.

Vlak voor het beëindigen van het afstudeerwerk zijn enkele proefmetingen aan zwavel gedaan. Een meting bij kamer-temperatuur is uitgevoerd om te controleren of er verontrein~­

gingen in de preparaatbuis of in het zwavel aanwezig waren.

Inderdaad bleken verontreinigingen aanwezig te zijn (zie figuur 6.3.I.). Waarschijnlijk was de gebruikte preparaatbuis veront-reinigd. De E.S.R. absorptie krommen van zwavel bij T

=

308-360-408-4520C zijn te zien in figuur 6.3.II t/m V.

De gemeten lijnbreedten zijn in redelijke overeenstemming met die welkeGardneren Fraenkel gemeten hebben (3). De te ver-wachten spinconcentratie n(T) is berekend met behulp van de gege-vens en de resultaten voorkomend in de publikatie van J.A. Poulis, C.H. Massen en P. van der Leeden (4

). Rekening is gehouden met de effectieve preparaatlengte (zie tabel figuur 6.4.). Omdat geen relatieve meting is uitgevoerd, zijn de intensiteiten I(t) van de gemeten E.S.R.-lijnen vergeleken met de berekende spinconcentra-ties n(T). (Zie figuur 6.4.). De intensiteit van de E.S.R.-~~jn is weer bepaald met behulp van formule 5.3.1. Een verklaring van het

feit dat de gemeten intensiteiten bij T

=

4o8°C en T

=

^452°C·

in verhouding een factor twee verschillen met de berekende spin concentraties, moet gezocht worden in de volgende drie punten:

1°. Verandering van de kwaliteitsfactor van de trilholte als functie van de temperatuur.

2°. Slecht uitgevoerde temperatuur: metingen.

3°.

Het is mogelijk, dat tijdens de meting bij de hogere tempera-turen een kleinere hoeveelheid vloeibaar zwavel aanwezig was in het effectieve meetgebied van de trilholte. Na afkoel~ng

van het preparaat bleek namelijk, dat in het preparaat op de plaats waar de trilholte de grootste meetgevoeligheid be-zit een kleine "bel" ontstaan was (kookpunt zwavel 440°C).

-·;· i

.I

··l· '

: I

. .1

. I

i

1 . .

,. _, i.

I

i

I

~ +-~ _l ~ ~-' __ __, I

'

-i

I

I i

j

I

6. ~-lllj .'

' . i '

i

h(T);

11(T):

r

0~

3o8

3/;o

"oB

"52

n(T}

h (Ti) I (T)

- _r

_(T.)

2 ~(r)

V

^I

b

^2J

P{T)

x x (fT)

^J( S2

x

^)(/0

{'J(r}

x

{fT) x

^Q,62

·to"'

P(T)

tftr)

^{P{Tj (!T) ll(T) tJ(T}}

fJk;.,?.

^h(T,)

b,

5. /IJ" I,

bg ,,

I

0,53 J,J2·f()

'

!l • fo~ 1.6~

"

o,-so f.2b·f1J ^J,!>g

O,bo 6a·

_•

tt1

l,b2 ^I, os· fo ^I}

'

lo,g

J

f,bo ^'}

1-t.d

o,6o

^{J,t· lo}

0,

1.• fo

JOQ J$() ;oo

8

_I(T,) ^t(T)

0 ^n(T)

\1(T.)

fig.

6.4.

. ), ..

In document Eindhoven University of Technology MASTER Ontwerp en bouw van gevoelige apparatuur voor het meten van electronen-spin-resonantie Koningsberger, D.C. (pagina 82-93)