Введение к работе
Метод ЭПР используется для обнаружения парамагнитных частиц при исследовании природа метаболических реакций, для изучения стабильных парамагнитных частиц природного происхождения (например ионов переходных металлов), для обнаругшния свосоддшх радикален, образующихся при действии проникающей радиации, а тага» для исследования биологических систем при помощи введенных в них парамагнитных зондов (метод спиновых меток). Простота анализа спектров с помощью магнитных параметров и интерпретация этих параметров на основе молекулярных структур-главная причина развития этой области ЭПР спектроскопии. Другим важным фактором, позволявдим использовать ЭПР в биологических исследованиях, является чувствительность спектральных характеристик (резонансных частот, мультиплетных расщеплений и формы линии) к электронному распределению, молекулярной ориентации, природе окружения и молекулярным движениям исследуемого объекта. Анализ форлы спектра в ' биологических исследованиях очень часто представляется единственным подходом, позволякщим подучить информацию о молекулярных даикениях биомакромолекулы или ее фрагментов.
Актуальность работы обусловлена актуальностью разрешения основного методического противоречия мздуляцконного способа регистрации. Модуляция магнитного поля в технику ЭПР спектроскопии была введена еще Е.К.Заводским для повышения чувствительности метода ЭПР. Современные приборы модуляционного типа обладают чувствительностью, близкой к теоретически возможной. Однако, у модуляционного способа регистрации сигналов ЭПР существует недостаток, состоящий в том, что чувствительность максимальна, когда модуляция магнитного поля по амплитуде соизмерима с полушириной линии. При этом информация о форме линии в силу ее модуляционных искажений практически утрачивается. В случае малой амплитуда модуляции регистрируется модуляционно неискаженная линия, но при этом падает чувствительность пропорционально уменьшению амплитуды модуляции. Это противоречие чевду чувствительностью метода и точностью рэгисарации формы линии является принципиальным в модуляционном способе регистрации сигналов ЭПР. Поскольку в методе спиновых моток, информацию о движении глобулы возможно получить только из анализа формы линия.
_ 4 -то для получения достоверной информации необходимо регистрировать неискахсшшую форму линии.
Основная цель работы продиктована актуальностью проблемы точной регистрации спектров ЭПР при максимальной чувствительности и состояла в разработке по возможности наиболее общего способа коррекции форми ЛИНИИ ЭПР.
Задачи работы заключались в следующем:
найти наиболее полное решение прямой задачи (состоящее в нахождении аналитической связи между функцией точной формы, параметрам модуляции магнитного поля, с одной сторона, и модуляциошо искаженного спектра,с другой стороны);
исполізуя наиболее общие принципы, сформулировать постановку обратной задачи восстановления истинной формы линии по данным модуляционного эксперимента;
найти наиболее общее ее решение и исследовать полученное рошонив на устойчивость по отношению к небольшим изменениям исходных данных.
Научная новизна результатов и практическая ценность ра-боты состоит в следующем:
в работе найдено решение прямой задачи определения форш линии модуляционного ЭПР-спектрометра при более общих предположениях, чем это делалось в литература. При этом показано, что регистрируемый модуляционным способом сигнал ЭПР, в фурье-представлекии, есть произведение фурье-образа истинной формы линии и аппаратной функции модуляционного способа регистрации. Показано, что эта мультипликативность фурьо-образа модуляционного спектра сохраняется при произвольном соотношении частот сканирования и модуляции магнитного поля и произвольной амплитуде модуляции магнитного поля.
Предложиш два способа постановки эксперимента регистрации ЭПР спектров, в которых обратная задача определения точной формы линии становится корректной:
а) регистрация двух или солее спектров с разными амплитудами
модуляции,
б) регистрация двух или более спектров на разных гармониках
частоты модуляции магнитного поля.
Применяя принцип максимального правдоподобия к предложенным способам регистрации, найдено общее решение обратной задачи,
которое позволяет регистрировать неискаженный спектр ЭПР при максимальной чувствительности.
Исследована устойчивость полученных решений и показано, что способ регистрации двух или более гармоник частота модуляции является более предпочтительным в смысле устойчивости.
На основе способа регистрации двух или белее гармоник частоты модуляции предложена техническая реализация ЭПР спектрометра и создан лабораторный макет ЭПР спектрометра.
Впервые зарегистрирована точная форма лнідад спектров ЗПР при максимальной чувствительности при использопа'пга модуляции магнитного поля.
Полученные в работе результаты могут использоваться при проектировании и создании серийшх ЭПР спектрометров с использованием модуляции магнитного поля.
Кроме того, способ постановки эксперимента для решения некорректных обратных задач с использованием дополнительной экспериментальной информации делает задачу корректной и имеет самостоятельную научную и практическую ценность.
На защиту выносятся следукщие положения и результаты:
1. Решение прямой задачи востановлония точной форм линии при
произвольном соотношении частот сканирования к модуляции
магнитного поля.
-
Два способа постановки эксперимента регистрации ЭПР спектров, в которых обратная задача определения точной форды линии становится корректной:
-
Формальная постановка обратной задачи восстановления истинной форяі линии по данным модуляционного эксперимента.
-
Общее решение обратной задачи. Это решение позволяет восстанавливать неискаженный спектр ЭПР, зврегистрированый либо с разными амплитудами модуляции, либо на разных гармониках частота модуляции, без потери чувствительности.
-
Техническая реализация ЭПР спектрометра для одновременной регистрации двух или более гармоник частоты модуляции и лабораторный макет ЭПР спектрометра.
-
Регистрация точной формы линии спектров ЭПР без потери чувствительности при использовании модуляции магнитного поля.
- б -
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на научных семшюрах в отделении молекулярной и радиационной биофизики ПМЯФ РАН и Казанском физико-техническом институте РАН. Основные материалы, включенные в диссертацию, ' отражены в 4-х работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и оОъом работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Объем диссертации 106 страниц, включая 53 "-рисунка, одну таблицу и список литературы из 33 наименований.
