В КФУ разработан уникальный ЯМР спектрометр, способный заменить сразу несколько различных ЯМР установок

Аналогов этому прибору, по крайней мере в России, не существует. Спектрометр уже задействован в решении задач по гранту РНФ: с его помощью физики исследуют новые контрастные агенты на основе наночастиц для высокополевого МРТ.

Импульсный спектрометр ядерного магнитного резонанса создали молодые сотрудники научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники Института физики Казанского федерального университета Вячеслав Кузьмин  и Александр Богайчук. Руководил процессом заведующий кафедрой квантовой электроники и магнитной радиоспектроскопии Института физики КФУ, профессор Мурат Тагиров.

Метод ядерного магнитного резонанса позволяет получить обширную информацию  о  структуре и свойствах  веществ.  При помощи уникальной установки  можно  изучать  свойства веществ в широком диапазоне температур и магнитных полей с относительно высокой однородностью (порядка 0.5 ppm). Это необходимо для решения исследовательских задач в области физики, химии, биологии, геологии, медицины и других наук.

Сделанная  физиками КФУ установка, на разработку и создание которой было потрачено   менее 10 миллионов рублей, позволяет проводить эксперименты с изменением различных физических параметров.  Для таких экспериментов   понадобилось бы использовать несколько стандартных ЯМР-спектрометров, каждый из которых стоит миллионы долларов.

«Все существующие в России коммерческие импульсные ЯМР спектрометры имеют  значительно более ограниченные технические возможности  и гораздо более узкий диапазон изменения физических параметров, таких как величина магнитного поля (она обычно фиксированная) и температура исследуемого образца. В нашем спектрометре магнитное поле можно варьировать в пределах  от 0 до 9 Тл. Что касается температуры образцов,  то стандартные спектрометры, как правило, позволяют поддерживать температуру образца в пределах от -173 до +27°C,  – отметил научный сотрудник НИЛ магнитной радиоспектроскопии и  квантовой электроники Вячеслав Кузьмин. –  Наша установка позволяет исследовать образцы, находящиеся в  жидком, твердом или газообразном состоянии при температурах от -271.5 °C  до +27°C. Это большой плюс. Например, чтобы создать высокотемпературные сверхпроводники или новые аккумуляторы, которые придут на смену литиево-ионным и будут работать при температурах ниже комнатной, необходимо изучить процессы, которые происходят в веществе при низких температурах».

Регистрация сигнала ЯМР спектрометра осуществляется с использованием современных цифровых технологий, это позволяет детектировать высокочастотные сигналы до 130 МГц напрямую в цифровом виде, и до 400 МГц – с использованием дополнительных блоков установки. Электронные блоки и программное обеспечение для управления ЯМР-спектрометром, разработанные Вячеславом и Александром, позволяют   быстро адаптировать установку к проведению самых разных  экспериментов.

«ЯМР спектрометр начал создаваться  более трех лет назад.  На первом этапе разработка криогенной части осуществлялась доцентом  кафедры общей физики Иреком Рафкатовичем Мухамедшиным. Хочу отметить, что помогал нам в создании прибора  и  доцент кафедры  квантовой электроники и радиоспектроскопии,  старший научный сотрудник нашей лаборатории  Александр Владимирович Клочков, – сказал инженер НИЛ магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники (МРС и КЭ)  Александр Богайчук. –  Наша установка уже используется учеными  КФУ для исследования свойств контрастных агентов на основе  синтезируемых наночастиц DyF3 и TbF3. Нанопористые структуры, которые также планируется изучать с помощью ЯМР ксенона при низких температурах, нужны для изготовления теплоизоляторов с рекордно низкой теплопроводностью, фильтров для сепарации газов, электродов и тому подобного. Возможности у прибора широкие, например, с его помощью  можно  исследовать различные геологические  образцы, в том числе  образцы грунта нефтяных месторождений  или образцы грунта, доставленного с Луны. Кроме того, этот спектрометр потенциально может работать даже как магнитно-резонансный томограф,  правда, помещать в него можно лишь небольшие предметы».

Необходимо отметить, что уникальный  ЯМР спектрометр  удалось создать  благодаря накопленному сотрудниками кафедры квантовой электроники и магнитной радиоспектроскопии и НИЛ МРС и КЭ  богатому опыту: до этого ими уже был сделан ряд  уникальных установок. Кроме того, помогли знания, полученные в процессе научных стажировок:  В.Кузьмин три года стажировался в лаборатории университета Ecole Normale Superieure (г. Париж, Франция) , а А.Клочков  более четырех лет – в ведущих лабораториях университетов Королевства Нидерланды.