การสร้างเครื่องเอ็นเอ็มอาร์สเปกโทรมิเตอร์ต้นแบบเพื่อใช้ในการเรียนการสอนทางเคมี

บทคัดย่อ

โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและสร้างภาคส่งและภาครับของระบบเอ็นเอ็มอาร์เพื่อใช้เป็นชุดทดลองในการเรียนการสอนวิชาเคมี ระบบประกอบขึ้นด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีราคาถูกและวงจรอย่างง่ายที่สร้างขึ้นเอง ซึ่งรวมถึงส่วนควบคุมพัลส์สัญญาณ ส่วนสร้างความถี่และเฟส ส่วนสร้างรูปพัลส์สัญญาณ ปรีแอมป์ เพาเวอร์แอมป์ วงจรดีมอดูเลตและวงจรเลื่อนระดับแรงดัน ส่วนควบคุมพัลส์สัญญาณได้ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino DUE ในการส่งพัลส์สัญญาณสี่เหลี่ยม I และ Q และควบคุมบอร์ดสร้างความถี่ (AD9959) ให้ส่งความถี่ 21.7 MHz ออกมาสองชุดคือแบบ 0o-phase และ 90o-phase โดยสัญญาณทั้งสี่จะถูกนำมาสร้างเป็น pulse sequence ด้วยวิธีมอดูเลตสัญญาณด้วยส่วนสร้างรูปพัลส์สัญญาณที่สร้างขึ้นเอง ปรีแอมป์ที่พัฒนาขึ้นถูกนำมาใช้เพื่อขยายสัญญาณพัลส์และกำจัดสัญญาณรบกวนให้ได้มากที่สุดก่อนส่งไปขยายสัญญาณให้แรงด้วยเพาเวอร์แอมป์ต่อไป ชุดสัญญาณนี้จะส่งเข้าไปยังชุด T/R switch และแม่เหล็กหลักของเครื่องเอ็นเอ็มอาร์ยี่ห้อ Teachspin หลังจากเกิดสัญญาณ FID สัญญาณจะถูกส่งไปเข้ายังภาครับซึ่งประกอบด้วยปรีแอมป์ที่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนต่ำ (บอร์ด TB-411-6+) และเครื่องขยายสัญญาณชนิดปรับอัตราการขยายได้ (บอร์ด AD603) สัญญาณที่ถูกขยายแล้วจะถูกส่งไปดีมอดูเลตและกรองให้เหลือเพียงความถี่ต่ำเพื่อให้เห็นสัญญาณ FID ที่ชัดเจน สัญญาณที่ได้จะแสดงภาพที่ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลและส่งต่อเข้าไปยังโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นเพื่อเก็บข้อมูลการทดลอง ระบบที่สร้างขึ้นนี้ถูกใช้เพื่อวัดหาเวลาการผ่อนคลาย (T2) ของสารตัวอย่างน้ำมันแร่ชนิดหนักและน้ำบริสุทธิ์ พบว่าเวลาการผ่อนคลาย T2 มีค่าเป็น 24.92 ms และ 2429.95 ms ตามลำดับ ซึ่งระบบและโปรแกรมที่สร้างขึ้นเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับการพัฒนาต่อยอดระบบที่สร้างขึ้นนี้ให้เป็นระบบการวิเคราะห์สารตัวอย่างโดยใช้การกำทอนนิวเคลียร์แม่เหล็ก ต่อไปได้ การออกแบบแม่เหล็กหลักได้ใช้การวางแท่งแม่เหล็กด้วยเทคนิค NMR-Mandhala โดยใช้แท่งแม่เหล็กถาวรทรงกระบอกจำนวน 8 ก้อนนำมาจัดเรียงกันเป็นรูปวงแหวน ซึ่งแม่เหล็กหลักที่ออกแบบจะใช้ทั้งหมด 2 วง ค่าสนามแม่เหล็กที่คำนวณได้มีค่าเท่ากับ 0.358 เทสล่า มีค่าความสม่ำเสมอของสนามเท่ากับ 1800 ppm

คำสำคัญ