Способ увеличения отношения сигнал/шум в ЭПР спектроскопии

  • E.A. Grushevskaya Физико-технический институт, Сатпаев Университет, г. Алматы, Казахстан
  • E.A. Dmitrieva Физико-технический институт, Сатпаев Университет, г. Алматы, Казахстан
  • I.A. Lebedev Физико-технический институт, Сатпаев Университет, г. Алматы, Казахстан
  • Yu.A. Ryabikin Физико-технический институт, Сатпаев Университет, г. Алматы, Казахстан
  • A.T. Temiraliev Физико-технический институт, Сатпаев Университет, г. Алматы, Казахстан
  • A.I. Fedosimova Физико-технический институт, Сатпаев Университет; Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан

Аннотация

Целью данного исследования было развитие методики повышения чувствительности спектроскопии, основанной на явлении электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), для анализа объектов, для которых исследования методом ЭПР имеют ограничения из-за малой концентрации в них парамагнитных центров. Исследования таких объектов затруднены ввиду низкого отношения сигнал/шум и как следствие низкой чувствительностью научной аппаратуры. В данной работе представлен способ увеличения отношения сигнал/шум в ЭПР спектроскопии. Способ может быть использован для увеличения чувствительности спектроскопических приборов, работающих в непрерывном режиме. Способ основан на том, что производится выделение полезного сигнала из шума путем сочетания двух действий: накопление отклонений от среднего значения спектра вдоль спектра (горизонтальное накопление) и усреднение спектра по времени (вертикальное накопление). Для анализа и количественной оценки величины накопленного отклонения значений анализируемой последовательности был использован модифицированный метод Херста, позволяющий выполнять поиск и анализ корреляций в спектрах различных типов. Представленный способ позволяет достигнуть того же отношения сигнал/шум, что и используемый в спектроскопии магнитного резонанса стандартный способ усреднения по времени (вертикального накопления спектра), за время, примерно на два порядка меньшее.

Литература

1 I.A. Garifullin, J. low Temp. Phys. 178, 243-271 (2015).

2 V. Nadolinny, A. Komarovskikh and Y. Palyanov, Crystals 7(8), 237 (2017). doi: 10.3390/cryst7080237

3 J. Niklas and O.G. Poluektov, Adv. En. Materials 7(10SI), 1602226 (2017). doi: 10.1002/aenm.201602226

4 M.M. Roessler and E. Salvadori, Chem. Soc. Rev. 47(8), 2534-2553 (2018).

5 J. Kemsley, Chem. Eng. News 95(25), 8-8 (2017).

6 P. Olczyk, K. Komosinska-Vassev, P. Ramos, L. Mencner, K. Olczyk, and B. Pilawa Molecules 22(1), 128 (2017). doi:10.3390/molecules22010128.

7 Stefaniuk, D. Wróbel, A. Skrȩt, J. Skrȩt-Magierło, T. Góra, and P. Szczerba, Current Topics in Biophysics. 37, 23-28 (2014).

8 C.L. Hawkins and M.J. Davies, Biochimica et Biophysica Acta-General Subject 1849 (2SI), 708-721 (2014). doi:10.1016/j.bbagen.2013.03.034.

9 H. El Mkami and D.G. Norman, Methods in Enzymology, 564, 125-152 (2015). doi: 10.1016/bs.mie.2015.05.027.

10 P.L. Guzzo, B.G. Nobrega and B. Obryk, J. Lumin. 198, 284-288 (2018). doi: 10.1016/j.jlumin.2018.02.048.

11 L.J. Berliner, Biomedical Spectroscopy and Imaging 5(1), 5-26 (2016). doi: 10.3233/BSI-150128.

12 Marciniak and B. Ciesielski, App. Spec. Rev. 51(1), 73-92 (2016). doi: 10.1080/05704928.2015.1101699.

13 N.A. Chumakova, T.A. Ivanova and E.N. Golubeva, Appl. Mag. Res. 49(5), 511-522 (2018).

14 S.I. Andronenko and S.K. Misra, App. Mag. Res. 46(6), 693-707 (2015). doi: 10.1007/s00723-015-0686-z.

15 J. Kausteklis, P. Cevc, D. Arcon, L. Nasi, D. Pontiroli, M. Mazzani and M. Ricco, Phys. Rev. B. 84(12), 125406 (2011).

16 Pivtsov, M. Wessig, V. Klovak, S. Polarz and M. Drescher, J. Phys. Chem. C 122(10), 5376-5384 (2018). doi:10.1021/acs.jpcc.7b10758.

17 Savoyant, H. Alnoor, S. Bertaina, O. Nur and M. Willander, Nanotechnology 28(3), 035705, (2017). doi: 10.1088/1361-6528/28/3/035705.

18 N. Guskos et al. Rev. Adv. Mat. Sci. 52 (1-2), 14-17 (2017).

19 V. Nosenko et al. Nanoscale Research Lett. 11, 517 (2016). doi: 10.1186/s11671-016-1739-4

20 S.A. Dzyuba, Osnovy magnitnogo rezonansa (Novosibirsk, NGU, 2010). (in Russ).

21 M.P. Klein and G.W. Barton, RSI 7, 754-759 (1963).

22 R.R. Ernst, RSI 36, N12, 1689-1695 (1965).

23 J. Feder, Fractals (Plenum Press, New York, 1988).

24 Ch.Pul, Tekhnika EPR-spektroskopii (Mir, 1972), (in Russ).

25 Brun R., Lienard D. CERN computer center program library long write-up.
Как цитировать
GRUSHEVSKAYA, E.A. et al. Способ увеличения отношения сигнал/шум в ЭПР спектроскопии. Вестник. Серия Физическая (ВКФ), [S.l.], v. 65, n. 2, p. 76-82, june 2018. ISSN 2663-2276. Доступно на: <https://bph.kaznu.kz/index.php/zhuzhu/article/view/650>. Дата доступа: 17 apr. 2021
Раздел
Физика конденсированного состояния и проблемы материаловедения. Нанонаука

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Особенность: этот модуль требует, что бы был включен хотя бы один модуль статистики/отчетов. Если ваши модули статистики возвращают больше одной метрики, то пожалуйста также выберите главную метрику на странице настроек сайта администратором и/или на страницах настройки управляющего журналом.