CC BY
9ПАКЕТ ПРОГРАММ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА ПО УПРАВЛЕНИЮ УСТАНОВКОЙ ИМПУЛЬСНОГО СПЕКТРОМЕТРА ЯМР ЧЕРЕЗ ПЛАТУ АЦП-ЦАП С СИГНАЛЬНЫМ ПРОЦЕССОРОМ
С.П. Бабайлов (babajlov@che.nsk.su), Д. Д. Гаун (ddg@che.nsk.su)
Институт неорганической химии СО РАН
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) находит широкое применение в различных областях химии, биологии, медицины и даже при некоторых химико-технологических производственных процессах. Из-за высокой стоимости спектрометров ЯМР второго поколения с крео-магнитами, во многих научно-исследовательских организациях продолжают использоваться электромагнитные спектрометры ЯМР первого поколения со сроком эксплуатации от 10-ти до 30-ти лет. Одним из наиболее уязвимых узлов спектрометров первого поколения являются комплектные специализированные ЭВМ, которые не удовлетворяют современных потребителей из-за низкой надежности (вследствие физического старения оборудования) и морального старения программного обеспечения. Ранее нами была предложена схема модернизации установки импульсного ЯМР спектрометра, которая позволяет заменить специализированные ЭВМ на универсальные персональные ЭВМ типа IBM PC Pentium [1,2]. Практически предложенная модернизация была апробирована на примере следующих исходных спектрометров ЯМР: TESLA BS-567 (100 МГц, чехословацкого производства), BRUKER SXP-100 (90 МГц, германского производства) и Varian FT-80A (80 МГц, производства США). В настоящей работе предложен новый вариант модернизации, связанный с применением более совершенного типа (по сравнению с ранее опубликованным вариантом модернизации) платы АЦП-ЦАП L-264 фирмы Lcard, имеющей сигнальный процессор [1,2]. Кроме того, в настоящей работе
описан пакет программ для персональных ЭВМ типа IBM PC Pentium, при помощи которого может быть осуществлено управление модернизированным ЯМР спектрометром с целью сбора спектральных данных и руководства периферийными устройствами установки.
Схема модернизированного спектрометра ЯМР на базе компьютера IBM PC Pentium и платы АЦП/ЦАП L-264, вставляемой в свободный слот компьютера, изображена на Рис. В составе платы АЦП/ЦАП L-264 используются: аналоговый мультиплексор на 16 каналов, 12 разрядный АЦП, сигнальный процессор, выходные 16-разрядные регистры, логика доступа по DMA и IRQ. Синхронизация работы спектрометра и компьютера достигается с помощью сигнального процессора. Сигнальным процессором вырабатывается сигнал «старт» и запускается измерительный цикл с определенным периодом квантования и числом спектральных точек. Пользователь может выбрать в меню, предлагаемом основной управляющей программой, необходимый диапазон спектральной полосы пропускания. В результате будет автоматически включен соответствующий аналоговый фильтр в диапазоне от нескольких Гц до 100 КГц (через выходной регистр).
Программное обеспечение состоит из управляющей программы, работающей в операционной системе MS DOS, и набора служебных подпрограмм. Управляющая программа написана на языке СИ. Одна из служебных подпрограмм для сигнального процессора написана на специализированном Ассемблере. Эта подпрограмма загружается в программную память сигнального процессора в начале работы управляющей программы. Программное обеспечение позволяет задавать условия съемки спектральных данных, обеспечивает визуализацию сигнала спада свободной индукции (FID) по мере циклического накопления данных, производить экспрессное преобразование Фурье, переключать режимы работы спектрометра («гомо-ядерный» или «гетеро-ядерный» «спин-декаплинг», а также непрерывный или импульсный
Рис. Упрощенная блок-схема модернизированной установки импульсного спектрометра ЯМР, где ПК- персональный компьютер типа IBM PC Pentium, Д - детектор, П - приемник, СП - сигнальный процессор, ГИ - генератор импульсов, М - электромагнит (включая систему охлаждения и стабилизации постоянного магнитного поля), СИ - синхроимпульс, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, МПК - мультиплексер, РгВх - регистр входной, РгВых - регистр выходной, ISA BUS- тип разъема компьютера при присоединении платы L264.
варианты «спин-декаплинга» [3,4]). В частности предусмотрена программная возможность для дополнительного синхронного управления через выходной регистр мощностью лазерного излучения для непосредственного in situ ЯМР-исследования фотохимических процессов [2,5]. Управляющая программа позволяет записывать ЯМР спектральные данные на диск в формате данных либо пакета Nuts (который
активизируется в среде Windows, разработан в Randolf Macon College и может использоваться для «обработки» ЯМР-спектральных данных на современном уровне), либо WIN-NMR фирмы Bruker. Далее возможно преобразование ЯМР-спектральных данных в формате одного из широко используемых программных пакетов: Varian, Jeol (Япония), Origin фирмы MicroCal Software или Word фирмы MicroSoft (c возможностью окончательной «обработки» данных или «распечатки» в рамках одного из этих пакетов).
Для удобства пользования управляющая программа снабжена оригинальной системой «окон-меню», благодаря которой задаются условия и параметры съемки спектральных данных, а также осуществляется оперативное управление спектрометром ЯМР.
В результате модернизации ЯМР спектрометра у пользователей появляются следующие возможности:
1). Хранить в "электронном виде" и преобразовывать из одного формата в другой (Bruker, Varian, Jeol, Nuts, Word, Origin и др.) десятки тысяч спектров ЯМР;
2). Иметь «рабочую спектральную полосу частот» не менее 100 КГц при «числе спектральных точек» 16 K;
3). Пересылать ЯМР-данные через INTERNET или внутреннюю «сеть»;
4). «Обрабатывать» данные на современном уровне и передавать их в различные базы данных;
5). Создавать и «распечатывать» псевдо-2Б и 2Б-спектральные рисунки;
6). Осуществлять анализ в «электронном виде» спектров ЯМР 2-го порядка, а также данных динамического ЯМР [5,6];
7). Существенно повысить работоспособность, ремонтопригодность и надежность спектрометра ЯМР по сравнению с исходным.
В заключение авторы выражают уверенность в том, что предложенная модернизация может быть применена практически для любого импульсного спектрометра ЯМР.
Работа выполнена благодаря финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований (грант № 00-03-33011а) и гранта Конкурса-экспертизы проектов молодых ученых РАН. Авторы выражают благодарность Н.А. Колосову (НИОХ СО РАН) за техническую помощь и
H.И. Анедченко за содействие.
Для справок телефон- (3832)391835; E-mail- babajlov@che.nsk.su ; адрес- Институт неорганической химии СО РАН; пр. академика Лаврентьева, 3; г. Новосибирск; 630090; Россия.
Список литературы
I. Бабайлов С.П., Гаун Д.Д., Кригер Ю.Г.//Приборы и техника эксперимента.- 1998.- 6, C. 138-139.
2. Бабайлов С.П., Гаун Д.Д., Кригер Ю.Г.// Приборы и техника эксперимента.-1999.- 3.- C. 164-165.
3. Almanac 1986, Firm BRUKER, Germany, 1985, 116 p.
4. Abragam A., Principles of Nuclear Magnetism, Clarendon Press, Oxford, 1961, 551 p.
5. Бабайлов С.П., Кригер Ю.Г.//Химическая Физика.- 2000.- № 3.- C. 2127.
6. Babailov S.P., Coutsolelos A.G., Dikiy A., Spyroulias G. A.//Europ. J. Inorg. Chem.- 2001.- 1.- P. 230.
