CN104251981A

CN104251981A - 具有改进的样本管定心的nmr探头

Info

Publication number: CN104251981A
Application number: CN201410466283.9A
Authority: CN
Inventors: D·施米蒂格; D·阿尔阿德万-斯托基克维克; D·威廉
Original assignee: Brooker Bi Aosiping Joint-Stock Co
Current assignee: Brooke Switzerland AG
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: DE102013212312B4; US9726735B2; GB2520375B; JP2015038471A; GB201411354D0; GB2520375A; DE102013212312A1; US20150002152A1; JP6425429B2; CH708241A2; CN104251981B; CH708241B1

Abstract

本公开涉及具有改进的样本管定心的NMR探头。一种NMR探头(3)，具有线圈系统(9)和样本管(4)的径向定心装置，该线圈系统相对于NMR探头径向固定，其特征在于，至少一个另一定心装置(6)轴向放置在线圈系统上方且与第一定心装置上方距离具有轴向间隔(d)，该轴向间隔(d)被选定，并且定心装置中的通道开口的尺寸和几何形状被设计为，使得在第一定心装置和另一定心装置相互作用中，该第一定心装置限定样本管移动的径向范围至这种程度，使得样本管不能接触危险空间(7)，在样本管传送到其测量位置的整个过程中，该危险空间沿接收线圈系统区域内轴向延伸并且在后者(接收线圈系统)内径向延伸，其中另一定心装置连接到NMR探头。

Description

具有改进的样本管定心的NMR探头

技术领域

本发明涉及核磁共振(NMR)探头，该探头具有围绕优选垂直的Z轴放置的NMR线圈系统和相对于一端封闭并填充待测材料的纵向样本管的Z轴径向定心的装置，其中NMR线圈系统相对于NMR探头关于Z轴径向固定，其中至少两个定心装置沿Z轴轴向方向彼此分开设置，其仅在径向方向为样本管具有通道开口以用于样本管的定心，其中至少第一定心装置沿Z方向放置在NMR线圈系统上方，并且其中所有的定心装置关于Z轴径向固定。

例如，从US6,563,317B2所知的组件(参考[1])。

背景技术

NMR分光术是仪器分析的有力方法。RF(射频)脉冲照射到处于强静磁场的测量样本，并且测量样本的RF响应。通过这种方式，可以横跨测量样本的特定区域(所谓的活性容积)整体地获取信息。

通常，测量样本包括圆柱形的样本管，其容纳待测量的固体或液体物质。样本管可以具有圆形、椭圆形或矩形的横截面。样本管至少在其首先以其末端进入探头的端部封闭。封闭末端通常是圆形的。

通常，样本管位于旋转器内。该样本管可永久地连接到旋转器或者在旋转器内自由放置。样本管和旋转器通过传送系统从磁场外部传送到探头内。在以下的描述中，假定插入开口位于探头的顶部，并且样本管从上方插入到探头内。然而，可以想到样本管从下方插入到探头而进入用于那个用途的开口。这种情形与上面描述的情形相似，并且为了清晰，将不再明确地描述。如果样本管处在测量位置，则旋转器位于涡轮机内部。样本管能通过涡轮机旋转。

在测量位置，样本管被一个或多个NMR线圈围绕。最内部的NMR线圈具有仅比测量探头的外径稍稍大的内径，因为填充率和由此的NMR线圈的灵敏度取决于内径并随着内径增加而减少。

当样品管处在测量位置时，许多精致的探头组件能够围绕样品管放置。例如，这可能是最内部的NMR线圈或者也可能是支撑最内部的NMR线圈的玻璃管。按一般定义，我们指的是在测量位置的样本管周围的危险区域。在样本管传送到测量位置的过程中，与位于危险区域的这种精致组件的碰撞常常会导致费时的探头维修。

在参考[1]，样本管会被两个带有径向动作的定心装置定心在测量位置，该定心装置轴向放置在线圈的上方和下方。这些装置刚性连接到接收线圈的支撑装置。另外，仅在轴向方向上提供定位。这能够通过终点止动在接收线圈下方或者借助扎紧套管在接收线圈上方改良的旋转器内实现。

现有技术缺点

现有技术的定心装置(见参考[1]和[2]，包括其中引用的源)仅关于确保样本管位置在测量位置被准确和可靠地控制。然而，在传送到测量位置的传送过程中，样本管的精确引导一直无法实现。如果样本管仍然位于测量位置上方，尤其是，样本管的下端能够偏移探头轴向地径向移动相对大的距离。结果是，位于危险区域的探头组件可能在传送到测量位置的过程中被损坏。

如果NMR分光计用作高通量的分析系统，即使样本管插入探头的过程中发生上述损坏的概率限小，也是非常不利的。使用自动样本管更换器和填充机器人，在非常短的时间内对不同样本执行大重的测量也就是可行的。在这种情况下，即使较小概率的损坏和大量的样本更换的组合也会产生不可接受的失败率。

发明目的

因此，本发明的目标是采用尽可能简单的技术方式修改上面所定义类型的NMR探头，以便很大程度地消除上述缺点，其中，样本管从进入探头开始传送直至其到达测量位置可按一种方式控制，使得探头组件不能被在探头内部危险区域内的样本管损坏。

为了将尖齿减少得尽可能低，尤其是当使用自动样本管更换器时，寻求个人操作期间非常高的安全度。因此必须准确充分地排除样本管和探头在危险区域的接触。

本发明的另一目标是允许样本管的快速交换，而不拿显著减少探头寿命冒险。

发明内容

这种复合目标是以惊人简单和有效的方式实现在于，对于一般带有上述定义特性的NMR探头，至少另一定心装置轴向放置在NMR线圈系统上方并且在第一定心装置的上方或下方，从而两个定心装置之间的轴向间隔被选定，并且定心装置中的通道开口的大小和几何形状被设计为，使得在第一定心装置在和另一定心装置相互作用中，第一定心装置限定样本管相对于Z轴的移动的径向范围至这种程度，使得样本管不能接触预定义的空圆柱空间，在样本管传送到NMR探头中的测量位置的整个过程中，该圆柱空间在NMR线圈系统区域内相对于Z轴轴向延伸并且还在后者(NMR线圈系统)的上方或下方延伸，以及至少部分地在NMR线圈系统内部(并且下文有时也称作“危险区域”)径向延伸，其中的另一定心装置机械地连接到NMR探头。

本发明的NMR探头具有引导系统，该引导系统包含至少两个带有径向动作的定位设施，定位设施位于NMR探头的插入开口和磁场中心之间，其中带有径向动作的引导在Z方向分开足够远，并且限定样本管的移动的径向范围至这种程度，使得样本管在到测量位置中的整个传送操作过程中不能接触危险区域。两个径向引导在测量位置也是以样本管为中心。在测量位置的定心效果能够在线圈下方的另一径向位置被补充。然而，这种额外的引导在样本管传送到测量位置直到处理结束的过程中并不发生效果。因此，这并不用于保护危险区域而仅是用于在测量位置定心。

为了实现样本管的最佳定心，NMR线圈上方的两个径向引导可以刚性连接到NMR线圈的支撑装置。以这种方式，能够减少样本管和NMR线圈的相对定位偏差。

样本管或者由NMR线圈下方的终点止动或者由通过涡轮机停止的旋转器轴向定位。

相比现有技术的优势

本发明的引导系统确保样本管在其从磁场外部传送进入到探头并且最终进入测量位置的过程中的任可时间都不会触及危险区域。这避免了昂贵的和费时的NMR探头敏感组件的昂贵和费时的维修。同时，NMR线圈的内径被选定得足够小以便优化填充率和由此的NMR的灵敏性。

在此，须特别指出，虽然本发明的说明书和专利权利要求书——因语言简洁的缘故——总是提到“垂直Z轴”和轴向位置“高于”或“低于”NMR线圈系统，但本发明的优势能同样以具有水平或非垂直Z轴的NMR系统而获得。规定的轴向位置接着不再必须“高于”或“低于”NMR线圈系统，但可以在其“右侧”或“左侧”。在任何情况下，重力在本发明的工作原理中仅起到小的作用。

本发明优选的实施例

在本发明NMR探头的有益类别的实施例中，在空的圆柱空间中，圆柱管被放置成在其测量位置中围绕样本管。圆柱管成为径向最内部的NMR线圈的支撑器。它通常包括好的电绝缘体，其为射频电流生成低损耗的衰减(例如陶瓷玻璃、聚醚醚酮(PEEK)、石英玻璃、蓝宝石)。为了实现最大可能的填充率和由此高的信噪比(SNR)，NMR线圈的内径被选择为仅稍稍大于样本管的外径。因此，如果圆柱管具有最小可能的壁，则是个优势。然而，壁厚显著地影响圆柱管的强度，从而薄管极度地受到与样本管碰撞的影响。采用两个径向引导，本发明的配置保证样本管在插入到测量位置的过程中不会碰到圆柱管。这排除了对圆柱管的损坏。因而，避免了对探头的费时和昂贵的维修。

一类可替换的实施例特别优选在于，相对于Z轴径向最内部的NMR线圈系统的NMR线圈和/或最内部的NMR线圈的支撑结构被放置在空的圆柱空间的内部。在此配置中，NMR线圈的内径小于在具有圆柱管的配置中的NMR周围的内径。因此，填充率和最终的SNR高于上述的示例。因为NMR线圈是探头中非常复杂、昂贵和灵敏的部件，所有保护这个线圈避免与线圈管的碰撞有着最高的优先级。这由发明的引导实现。因为径向的定心装置以阻止样本管和最内部的NMR线圈接触的方式放置。

在这类实施例的优选的进一步变体中，最内部的NMR线圈的支撑结构放置在空的圆柱空间中，并且第一定心装置在支撑结构和在其测量位置的样本管之间至少部分地径向延伸。通过将第一定心装置放置在支撑结构的内部，实现了定心装置的非常紧的内径。定心装置的内径越紧，样本管能够被径向引导得越精确。与第二定心装置一起，实现了在样本管插入到测量位置的过程中极度精确的引导。这进而避免样本管与最内部的NMR线圈的支撑结构的接触。

本发明的NMR线圈的一个实施例也是优选的，其特征在于至少一个定心装置的横截面被几何设计为，使得温度控制气体能够在其测量位置中的样本管和定心装置之间流动，其中，在垂直于Z轴的横截面中流过定心装置的温度控制气体被阻挡不会超过总量的70％。样本管的最佳温度控制通过直接沿样本管表面流动的温度控制气流实现。然而，定心装置应当有尽可能小的内径以便实现最佳的引导。如果定心装置放置在具有小的直径的样本管附近，由此定心装置便可阻挡温度控制气流。该阻挡不应太大以便气流阻力和由此压耗能够保持较低。

在本实施例和/或之前描述的实施例的更进一步的变体中，第一定心装置包括径向内引导、优选用作RF(＝高频)屏蔽的圆柱管和停留在圆柱线圈玻璃的终端表面上的终点止动边缘。这导致RF屏蔽和定心装置的双重功能，具有的优点是可以减少需要的部件的数量，因而节省了成本。

在另一优选的变体中，第一定心装置装备有多个在径向内引导中沿Z轴方向延伸的径向气阀和/或装备有沿Z方向放置的沟槽。气阀或沟槽允许温度控制气体沿着样本管流动穿过内引导。它们被选择成使得阻挡和由此气流阻力足够小，其最终导致样本管的有效温度控制。

这些变体能够进一步改进以便凸起的凸轮在径向方向设置在沟槽之间的块(bar)上，那些凸起的凸轮如此构造使得当其关于Z轴插入到NMR线圈系统的径向最内部的NMR线圈的支撑结构时，第一定心装置在径向方向被夹住。因此，实现了第一定心装置与支撑结构的紧密连接。因为支撑器结构直接地支撑接收器线圈，所以实现样本管相对于接收器线圈的有利定心。而且，支撑结构中的径向夹紧能够避免定心装置在温度控制气流的影响下移位或弯曲。

本发明的NMR探头的另一优选实施例的特征在于，第三定心装置沿Z方向以轴向间隔放置在第一定心装置上方和另一定心装置下方。利用第三定心装置，可以在整个插入过程中引导样本管以最大可能的精度直到测量位置。

本发明的另一优选实施例的特征在于，至少一个定心装置轴向放置在NMR线圈系统下方。这个带有径向动作的附加定心装置在样本管插入到测量位置后开始发挥作用。它使得样本管在测量位置中能够被很好地径向引导。

在另外优选的实施例中，提供至少一个定位装置用于样本管的轴向定位，其在操作位置中可以低于或者高于NMR线圈系统。

这些实施例可以被进一步改进，以便定位装置轴向放置在NMR线圈系统下方并且包括终点止动部件，样本管在测量位置中停留在终点止动装置上。径向定心装置必须被轴向定心补充，这由紧靠涡轮机的旋转器或者NMR线圈下方的轴向定心提供。通过轴向定心，由于其空间上邻近NMR线圈，所以样本管可以在Z方向上关于NMR线圈的磁场中心非常精确地定位。这对于确保NMR线圈的磁场与样本管的相关区域重合非常重要，相关区域是在其内获取NMR信号的区域。术语叫做“活性样本容积”。

本发明的NMR探头的实施例的优点还在于，其中第一定心装置和另一定心装置和可能的定心装置彼此机械刚性连接，该可能的定心装置轴向放置在NMR线圈系统下方，尤其通过连接元件和/或通过到接收线圈系统的支撑结构的固定物。各部件之间的误差，即支撑结构、接收器线圈和定心装置间的误差，容易通过刚性连接进行控制。以这种方式，可以获得样本管相对于接收器线圈的非常好的定心。

本发明另一优选类别的实施例的特征在于，第一定心装置和/或另一定心装置具有漏斗形通道开口以便容纳样本管。当样本管刚进入各自的定心装置时，漏斗形状可有效对其进行引导。

实际上，本发明NMR探头的实施例已经证明在以下方面特别适用，相对于Z轴第一定心装置和NMR线圈系统径向最内部的NMR线圈之间的轴向间隔小于样本管的径向直径的2倍。第一定心装置和NMR线圈之间的距离越小，样本管在径向方向能被引导得越精确。

本发明另一特别有利类别的实施例的特征在于，恰好一个第一定心装置和恰好另一定心装置轴向定位在NMR接收线圈系统上方，其中样本管沿Z方向被定心装置有效引导的定心装置的区域每个有0.05D到0.6D的轴向扩展范围(extent)，其中D是样本管的径向直径。样本管的末端在传送过程中能够远离目标区域移动的范围由两个定心装置的轴向间隔和它们的准确度确定，但并不由各个定心装置的引导长度确定。因此，例如，保持这些引导的轴向扩展范围量级上比较小是有利的，以减少定心装置和样本管之间的温度控制气体流动的阻力。

在另外有利的实施例中，至少一个轴向放置在NMR线圈系统上方的定心装置由一种材料制造，其硬度实质上小于制造样本管的材料的硬度，尤其小于硼硅玻璃或石英玻璃的硬度。因为样本管在被插入到测量位置时接触引导装置，所以优选比样本管材料柔软的材料。这当样本管邻接引导装置时可以避免样本管被损坏。因为当样本管引入到测量位置时，样本管沿着定心装置进行轴向运动，所以存在样本管上发生划伤的危险。这个危险可通过选择比样本管硬度低的材料而避免。

实施例的有利之处还在于，至少一个轴向放置在NMR线圈系统上方的定心装置是由一种表面导电性大于10⁷S/m的材料制成。定心装置的这种高导电性允许定心装置还可以额外用于RF屏蔽。RF屏蔽对于引导NMR线圈的磁场和沿Z方向限定它们非常重要。本发明组件的这种双重功能导致显著降低探头的生产费用。

本发明NMR探头的实施例特别的优选在于，至少一个轴向放置在NMR线圈系统上方的定心装置具有至少一个样本管直径D的轴向长度，并且位于关于Z轴、距离NMR线圈系统中最内部的NMR线圈的轴向距离处，该轴向距离小于最内部的NMR线圈的径向线圈直径。这里，与径向最内部的NMR线圈的定位设施的轴向距离保持得尽可能小以便获得好的样本管的径向引导。

这两个实施例的有利的另外变体在于，定心装置与NMR探头的RF屏蔽管发生RF电气接触。导电的定心装置和由屏蔽管形成的探头块之间的接触，允许改进的探头屏蔽避免从外部穿透的RF干涉信号。

可选地或附加地在其他变体中，当样本管在其测量位置时，定心装置可以被成形为不存在围绕样本管的定心装置内的路径。例如，该变体可以由例如空的圆柱结构形成，该圆柱结构沿表面轮廓在轴线具有沟槽。经常，在NMR实验中，梯度场应用于活性容积。这些是变化磁场，沿Z方向经常不均匀并且在静态B0域叠加。在导电结构中，不期望的电流由这些梯度场感应。因为与这些梯度场正交的导体环路现在被阻止，所以这些电流的大部分被抑制。

本发明的NMR探头的实施例还有利在于，至少一个轴向放置在NMR线圈系统上方的定心装置由一种材料组成，该材料具有的导电性小于10^-8S/m。有利的是如果第一定心装置也是由与NMR线圈的支撑结构相同的绝缘材料制成。定心装置和支撑结构接着能够在单个工作步骤中制作，其导致显著降低成本。如果没有RF屏蔽在径向最内部的NMR线圈附近使用，该类型的设计特别有利。

本发明的实施例同样有利在于，至少一个轴向放置在NMR线圈系统上方的定心装置由一种材料组成，该材料表现磁化率量值小于1.0ppm。对于NMR分光术，即使百万分之一(1ppm)范围的磁场强度的局部失真引起干涉，也不能通过填隙降低到可接受的水平。对于磁场的失真，所使用材料的磁化率、距活性容积的距离和组件的几何结构是决定性的。由于定心装置位于NMR接收线圈的附近，磁化率值直接影响NMR信号的质量。磁化率值越大，对NMR信号的干涉越大。这就是为什么优选低磁化率值的定心装置。

最后，本发明NMR探头的另一重要实施例的特征在于，绕至少一个定心装置中的样本管流动的温度控制气流并不在定心装置和样本管之间流动，而是引导通过从Z轴径向偏移的空气出口孔。例如，引导温度控制气流穿过轴向距最内部的NMR线圈最近的第一定心装置是有利的，因为第一定心装置通常位于填充有样本液体的样本管的区域中。距离最内部的NMR线圈更远的第二定心装置通常位于填充有气体的样本管区域。在该区域中，温度控制气流和样本之间发生较少的热传递。因此，该区域不需要邻近样本管的温度控制气流。

本发明的范围还包括具有上面所述类型的NMR探头的NMR测量配置，该NMR测量配置还包括NMR磁场系统、填隙系统、涡轮机和传送装置。该传送装置用于在NMR探头中将样本管从NMR磁场系统外部准确传送到样本管的测量位置。本发明的定心装置在包括探头、NMR磁场和传送装置的完整系统中特别有用，因为这种组合允许自动更换样本管，这很重要，例如，用于高通量NMR应用。本发明配置对这些应用的重要贡献，因为当样本管被插入时避免了对探头的损坏。

更多的优点来自于说明书和附图。而且，上述特征和下面更多的特征可以以任何组合方式在本发明中单独或一起使用。显示和描述的实施例并不意于穷举列表，而是例示本发明的示例。

附图说明

本发明通过附图显示并使用实施例进行更详细解释。附图示出：

图1a是本发明用于在NMR探头中引导NMR样本管的定心装置实施例的示意垂直剖面图；

图1b是依据图1a，利用定心装置将NMR样本管插入到NMR探头；

图2a是依据现有技术，NMR样本管在NMR探头中的示意垂直剖面图；

图2b是依据现有技术的图2a，将NMR样本管插入到NMR探头的示意垂直剖面图；

图3说明了本发明NMR探头的实施例，其中样本管的轴向由终点止动引导和径向由位于NMR线圈系统轴向下方的另一定心装置引导；

图4说明了本发明NRM探头的实施例，其中引导样本管径向穿过NMR线圈系统上方的三个定心装置；

图5说明了本发明NMR探头的实施例，其中上方的定心装置刚性地由连接元件彼此连接；

图6说明了本发明NMR探头的实施例，其中上方的定心装置和下方的定心装置由连接元件刚性地彼此连接；

图7说明了本发明NMR探头的实施例，其中定心装置设计为使得温度控制气体能在样本管和定心装置之间流动；

图8说明了本发明定心装置的实施例，其中最紧靠NMR线圈的定心装置被集成在NMR线圈上方的RF屏蔽中；

图9是在垂直于Z轴的平面中的本发明引导实施例的示意横截面图，具有适用于温度控制气体流动的几何形状，并在径向内侧的定心装置中具有多个沿Z轴在轴向方向延伸的径向气阀；

图10a说明了本发明定心装置的实施例，其中定心装置具有沿Z方向放置的沟槽和在径向方向放置在沟槽之间的块上的凸起的凸轮，该凸轮用于夹住线圈支撑结构。

图10b是将定心装置插入到线圈支撑结构上时，按照图10a实施例的半个的示意垂直剖面图；

图10c同图10b，但是在线圈支撑结构上的最终位置中具有引导；并且

图11说明了定心装置能够触及在测量位置的样本管的区域。

具体实施方式

本发明涉及NMR样本管进入NMR探头中的其测量区域的无损坏插入。

NMR中最常用的样本管由硼硅(玻璃)生产，形状为圆柱形，并且具有外径5mm以及整个长度大约为7英尺(大约18cm)。从其中提取NMR测量信息的活性容积位于管的下三分之一处并通常沿25mm长度的样本管延伸。活性容积被NMR线圈围绕(更准确为RF线圈)，该线圈通过正交于主场(B0场)的激励场(B1场)激励该区域的原子。在活性容积中，励磁的原子发射弱的可变磁场，该磁场进而被合适的NMR线圈接收。

最内部的NMR线圈具有的内径仅比测量探头的外径稍大，因为填充率和由此的NMR线圈的灵敏度取决于内径。灵敏度随内径增加而减少。在测量位置中，样本管被危险区域围绕，该危险区域可由线圈自身或由支撑线圈的支撑管组成。

具有更大外径的NMR管，例如1mm、1.7mm、8mm、10mm、15mm和20mm也在使用。这些与具有5mm外径的管具有不同的活性容积。除了圆柱形状外，其他横截面(例如椭圆的、矩形的、一侧扁平的)也在普遍使用。首先插入探头的样本管终端通常是圆形的。

通常，样本管位于旋转器内。可永久连接到旋转器或者在旋转器内自由定位。通过传送系统将样本管从磁场外部传送到探头内的测量位置。如果样本管在测量位置，则旋转器位于涡轮机内部。涡轮机允许样本管旋转。

在现有技术中，样本管到测量位置的传送不是连续控制的。当样本管插入到探头中时，这会引起组件在围绕在测量位置的样本管的危险区域被损坏，危险区域。这会导致费时和昂贵的维修。

本发明通过控制样本管从探头外部直到测量位置的整个传送过程来解决这个问题，使得样本管不会接触危险区域。

本发明的特征在于，至少两个带有径向动作的引导位于NMR线圈上方。径向引导沿Z方向彼此之间分开足够远，以避免样本管与危险区接触。

图1a示意说明了根据本发明的NMR探头的实施例，如同下面详细描述的，具有引导样本管的装置。

样本管4容纳在旋转器2中，该旋转器2利用其斜向外边缘置于涡轮机1中。样本管4位于NMR探头3中的其测量位置。样本管4被预定义的空圆柱空间7(术语“危险区域”)径向围绕，这在本发明的帮助下保护其避免与样本管4的碰撞和造成损坏。如果，如图1a所示，样本管4位于其测量位置，则具有定心装置的径向引导系统5和6定心样本管4，定心装置沿Z方向放置在NMR线圈系统9上方。

图1b示出了本发明配置中的样本管4如何插入到探头。径向引导系统5和6确保当样本管4插入时其不会接触危险区域7。

图2a示出了现有技术，其中样本管4在测量位置被上部定心装置5和下部定心装置8径向定心。然而定心装置8直到样本管4已经位于测量位置才发生作用。轴向定位由接触涡轮机1的旋转器2执行，其中如果旋转器2不存在，则放置在样本管4下方的终点止动部件11在测量位置提供附加的轴向止动的安全性。

图2b示出了现有技术中样本管4如何插入到探头。这里，样本管4关于Z轴能够发生偏转并损坏危险区域7中的探头组件。

图3示出了本发明配置中不具有旋转器的样本管4如何被径向引导穿过引导(器)5、6和另外穿过定心装置8。这里轴向引导不是由涡轮机执行而是由轴向终点止动11执行。

图4示出了本发明系统的三个具有径向动作的引导5、5a、6，这些引导都位于危险区域7上方。如果探头4的上部开口和NMR线圈的之间的空间相对大，则该配置是有利的。

在图5中，上部径向引导5和6永久性地彼此连接。这是由连接元件12实现的。此外，危险区域7，例如，由NMR线圈支撑玻璃组成，经由另一连接元件13永久性地连接到连接元件12。连接元件12和13可以由单个部件制作。组合这些部件减少组件偏差的影响。也可以将引导和NMR线圈支撑玻璃永久连接，这种情况下能够免除另一连接元件13。

在图6中，经由更长的连接元件14，下部定心装置8永久性地轴向连接上部引导5、6。同样在此情况下，具有线圈支撑玻璃或NMR线圈的永久径向连接15是可能的。

图7示出了示例的温度控制气流如何通过第一定心装置5’和另一定心装置6’流过样本管4。上部定心装置6’的特性必须是它们并不偶然地增加温度控制气流的流动阻力。例如，在参考[4]和其引用的公开物中给出样本管4的温度控制的一般描述。

在图8中，具有径向内引导16的第一定心装置5”直接放置在RF屏蔽18的下端。其位于线圈玻璃17的内侧上，该线圈玻璃17支撑NMR线圈9’。上部边缘19阻止RF屏蔽18的滑动。在此配置下，径向引导永久地连接到线圈玻璃17。

图9示出了样本管4的垂直于Z轴的横截面。样本管4在径向方向引导通过引导16’。引导16’在圆周方向有周期间隔的气阀，温度控制气体能够流过这些气阀。样本管4仅仅在位于最内的半径上的点处被径向引导。定心装置16’的气阀是使得气流被阻挡得尽可能少。

根据图10a，具有第一定心装置5”’的RF屏蔽装备有凸轮20和沟槽21。凸轮20微微凸起，即，它们从RF屏蔽18向外突出。

如图10b和10c所示，当第一定心装置5”’的该RF屏蔽18插入到线圈玻璃17时，凸轮20径向向内压缩。这是由沟槽21实现。凸轮20的厚度和沟槽21的长度和宽度被选择为使得RF屏蔽18能够容易地插入到线圈玻璃17，并同时足够牢固地配合。沟槽21不应太大，否则会影响RF屏蔽18的屏蔽效果。

图10c示出了在线圈支撑玻璃17上在最终位置中具有凸轮20的第一定心装置5”’的RF屏蔽18。

最后，图11示出了定心装置5”’的区域22，该区域能够接触在测量位置中的样本管4。这个区域22具有轴向长度b。

附图标记列表

(1)涡轮机

(2)旋转器

(3)具有外径D的NMR探头

(4)样本管

(5；5’；5”；5”’)第一定心装置，轴向在NMR线圈系统上方

(6；6’)另一定心装置，轴向在NMR线圈系统上方并且处于与第一定心装置的轴向距离d

(5a)第三定心装置，在第一定心位置和另一定心装置之间具有轴向间隔

(7)预定义的空圆柱(“危险”)区域

(8)另一定心装置，轴向在NMR线圈系统下方

(9；9’)NMR线圈系统

(11)样本管在其操作位置的终点止步部件

(12，13；14，15)连接元件

(16；16’)径向内引导

(17)圆柱线圈支撑玻璃

(18)圆柱管，优选用作RF屏蔽

(19)终点止动的上部边缘

(20)在径向方向凸起的凸轮

(21)沿Z方向延伸的沟槽

(22)在测量位置中能接触样本管的引导设施区

(d)第一定心装置和另一定心装置之间的轴向间隔

(b)区域22的轴向长度

引用列表

[1]M.Warden，R.Seydoux，D.Marek：

US6,563,317 B2；EP1 239 296 B1；DE101 11 672 C2

[2]D.Marek：

US6,466,019 B2；EP1 124 137 B1；DE100 06 324 C1

[3]K.Nagao；K.Nakagawa：

US-A 3525928

[4]B.Grossniklaus，F.Raffa，M.Mayer，D.Wilhelm：

US2011/0284192 A1；EP2 388 609 A1；DE102 01 0029 080 B4

Claims

1.一种NMR探头(3)，具有围绕垂直Z轴放置的NMR线圈系统(9；9’)和用于相对于一端封闭并填充待测物质的纵向样本管(4)的Z轴径向定心的装置，其中NMR线圈系统(9；9’)相对于NMR探头(3)关于Z轴径向固定，其中至少两个定心装置(5；5’；5”；5”’；5a；6；6’；8)在Z轴轴向方向彼此分开设置，其仅在径向方向为样本管(4)有通道开口以用于样本管(4)的定心，其中至少第一定心装置(5；5’；5”；5”’)沿Z方向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方，并且其中所有的定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)关于Z轴径向固定，

其特征在于，

至少一个附加的定心装置(6；6’)被轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方，并且关于Z轴与第一定心装置(5；5’；5”；5”’)具有轴向间隔(d)，其中轴向间隔(d)被选定，并且定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)中的通道开口的尺寸和几何形状也被设计为，使得在第一定心装置(5；5’；5”；5”’)和另一定心装置(6；6’)相互作用中，第一定心装置限定样本管(4)相对于Z轴的移动的径向范围至这种程度，使得样本管(4)不能接触预定义的空圆柱空间(7)，在样本管(4)传送到NMR探头(3)中其测量位置的整个过程中，该空圆柱空间在NMR线圈系统(9；9’)区域内相对于Z轴轴向延伸并且还在NMR线圈系统的上方和/或下方延伸，以及至少部分地在NMR线圈系统(9；9’)内部径向延伸，并且另一定心装置(6；6’)机械地连接到NMR探头(3)。

2.如权利要求1所述的NMR探头，其特征在于，在空圆柱空间(7)中，圆柱管放置成围绕在其测量位置中的样本管(4)。

3.如权利要求1所述的NMR探头，其特征在于，NMR线圈系统(9；9’)的径向最内部的NMR线圈关于Z轴和/或该最内部的NMR线圈的支撑结构被放置在空圆柱空间(7)内。

4.如权利要求3所述的NMR探头，其特征在于，最内部的NMR线圈的支撑结构放置在空圆柱空间(7)内，并且第一定心装置(5”；5”’)在支撑结构和在其测量位置中的样本管(4)之间至少部分地径向延伸。

5.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)的横截面几何形状设计为使得温度控制气体能够在其测量位置中的样本管(4)和定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)之间流动，并且在垂直于Z轴的横截面中流过定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)的温度控制气体被阻挡不会超过总量的70％。

6.如权利要求4或5所述的NMR探头，其特征在于，第一定心装置(5”；5”’)包括径向内引导(16；16’)，优选用作RF(＝高频)屏蔽的圆柱管(18)和停留在圆柱线圈玻璃(17)上端表面上的上端止动边缘(19)。

7.如权利要求4到6中任一项所述的NMR探头，其特征在于，第一定心装置(5”；5”’)装备有多个在径向内引导(16’)中沿Z轴的轴向方向延伸的径向气阀和/或沿Z方向(21)放置的沟槽(21)。

8.如权利要求7所述的NMR探头，其特征在于，凸起的凸轮(20)在径向方向设置在沟槽(21)之间的块上，凸轮(20)的尺寸为使得当其插入到NMR线圈系统(9；9’)的关于Z轴径向最内部的NMR线圈的支撑结构时，第一定心装置(5”’)被夹住。

9.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，第三定心装置(5a)沿Z方向以轴向间隔放置在第一定心装置(5；5’；5”；5”’)上方和另一定心装置(6；6’)下方。

10.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，至少一个定心装置(8)被轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)下方。

11.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，设有用于样本管(4)的轴向定位的至少一个定位装置，其中测量位置可以是NMR线圈系统(9；9’)的下方或上方。

12.如权利要求11所述的NMR探头，其特征在于，定位装置被轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)下方，并且包括样本管(4)在其操作位置停留在其上的终点止动部件(11)。

13.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，第一定心装置(5；5’；5”；5”’)、另一定心装置(6；6’)和可能的第三定心装置(5a)和/或轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)下方的定心装置(8)，尤其通过使用连接元件(12，13；14，15)和/或通过到接收线圈系统(9；9’)的支撑结构的固定物，彼此机械地刚性连接。

14.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，第一定心装置(5；5’；5”；5”’)，和/或另一定心装置(6；6’)和可能的第三定心装置(5a)具有漏斗形通道开口以便容纳样本管(4)。

15.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，第一定心装置(5；5’；5”；5”’)和NMR线圈系统(9；9’)径向最内部的NMR线圈之间关于Z轴的轴向间隔，小于样本管(4)的径向直径的2倍。

16.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，沿轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方的至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)设计为，使得能在测量位置内接触样本管(4)的定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)的区域(22)的轴向扩展范围为0.05D到0.6D。

17.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，沿轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方的至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)由一材料组成，该材料具有的硬度小于制造样本管的材料的硬度，尤其小于硼硅玻璃或石英玻璃的硬度。

18.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，沿轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方的至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)由一种表面导电性大于10⁷S/m的材料组成。

19.如权利要求18所述的探头，其特征在于，沿轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方的至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)，具有样本管(4)的至少一个径向直径D的轴向长度，并且定位在关于Z轴距NMR线圈系统(9；9’)的最内部的NMR线圈的一轴向距离处，该距离小于最内部的NMR线圈的径向线圈直径。

20.如权利要求18或19中的任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)使得其和NMR探头(3)的RF屏蔽管形成RF电气接触。

21.如权利要求18至20中的任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，至少一个定心装置(5；5”；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)被成形为，使得在定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)内，当样本管(4)在其测量位置时，不存在围绕样本管(4)的路径。

22.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，沿轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方的至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5a；6；6’)由一种导电性小于10^-8S/m的材料组成。

23.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，沿轴向放置在NMR线圈系统(9；9’)上方的至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’)由一种磁化率量值小于1.0ppm的材料组成。

24.如上述任一权利要求所述的NMR探头，其特征在于，围绕至少一个定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)中的样本管(4)流动的温度控制气体并不在定心装置(5；5’；5”；5”’；5””；5a；6；6’；8)和样本管(4)之间流动，而是引导通过从Z轴径向偏移的空气出口孔。

25.一种具有如上述任一权利要求所述的NMR探头(3)的NMR测量配置，带有NMR磁场系统、填隙系统、涡轮机和传送装置，该传送装置用于在NMR探头(3)中将样本管(4)从NMR磁场系统外部准确传送到样本管(4)的测量位置。