CN107870309A - Nmr‑mas转子的改进的调温系统 - Google Patents

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Abstract

NMR‑MAS转子的改进的调温系统，具体提出一种用于运行NMR探头的方法，该NMR探头具有用于容纳MAS转子的MAS定子，该MAS转子具有外直径为D的外壳以及在试样体积中的试样物质，MAS转子在MAS定子内的测量位置中借助带有轴承喷嘴的用于气体输送的装置受压缩气体支承且借助气动驱动装置使MAS转子以旋转频率f≥30kHz围绕MAS转子的柱体轴线旋转，在NMR‑MAS测量期间，借助调温喷嘴将调温气体以相对于MAS转子的纵轴线的角度α＜90°吹到MAS转子的外壳上，通过调温喷嘴吹到MAS转子上的调温气体的流动速度在喷嘴横截面中至少对应于旋转的MAS转子的外壳的一半圆周速度并且最高对应于在调温气体中的声速。

Description

NMR-MAS转子的改进的调温系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行NMR(核磁共振)探头的方法，该NMR探头具有用于容纳基本上圆柱形的空心MAS(魔角自旋)转子的MAS定子，该MAS转子具有外直径为D的外壳以及在试样体积中的试样物质，其中，所述MAS转子在MAS定子内的测量位置中借助带有轴承喷嘴的用于气体输送的装置受压缩气体支承以及借助气动驱动装置使所述MAS转子以旋转频率f≥30kHz围绕MAS转子的柱体轴线进行旋转，其中，在进行NMR-MAS测量期间，借助调温喷嘴将调温气体以相对于柱对称的MAS转子的纵轴线的角度α＜90°吹到MAS转子的外壳上。
背景技术
这种方法以及相应的具有MAS定子和MAS转子的NMR探头例如由US7,915,893B2已知。
本发明一般涉及磁共振(MR)领域。核磁共振(NMR)波谱法是一种MR在商业上广泛应用的方法，用于表征物质的化学成分。一般地，MR高频(＝HF)脉冲入射到处于强静磁场中的测量试样中，并且对试样的电磁反应进行测量。
在固体NMR波谱法中进一步已知的是，为了减少由各向异性相互作用带来的谱线增宽，NMR试样在波谱测量期间能够以大约54.74°的所谓“魔角”相对于静磁场倾斜地旋转(“MAS”＝魔角自旋)。为此，所述试样被填充到MAS转子中。MAS转子是圆柱形的小管，这些小管利用一个或两个盖封闭，其中，上面的盖设有叶片元件(小叶轮)。MAS转子设置在MAS定子中，并且MAS转子利用气压通过叶片元件被驱动用于旋转。由MAS转子和MAS定子构成的整体被称作MAS涡轮机。
在NMR测量期间，所述MAS涡轮机设置在NMR-MAS探头中。该探头具有圆柱形的屏蔽管。在其中安置有HF电子构件、尤其是HF线圈以及MAS涡轮机。所述探头利用其屏蔽管典型地从下方被导入、定位到超导磁体的竖直的室温孔中并且利用钩、支撑件、螺纹件或类似物保持。所述MAS涡轮机因此恰好位于磁体的磁中心。
专门的现有技术
在试样旋转时，转子壁由于空气摩擦而加热。在此，恰好在各空气轴承之间的中央区域受到极强的加热。这导致：
1.在试样物质上不均匀的温度分布，以及
2.不期望地加热试样物质，从而不能调定较低的目标温度或所述试样甚至被热破坏。
所述对转子的调温通常通过所谓的VT通道或者大致指向转子中心的喷嘴实现。在此，调温气体或是入射到径向轴承中、必要时从那里分支(所谓的VTN设计)，或是通过单独的通道输送，其中，所述轴承于是在与VT无关的温度(例如室温)下运行(所谓的DVT设计)。
所述VTN和DVT解决方案的主要特征在于调温喷嘴的实施方式：基于调温喷嘴的定位和/或尺寸，所述调温喷嘴这样引入气体，使得直接在转子上的气体速度明显小于转子的旋转速度，从而即使是仅为了将试样调温到略微低于室温的冷却成本也非常高(参见下面的比较表)。
另一个缺点在于，在所有情况下，温度梯度都在转子的长度上出现，该温度梯度是不期望的；亦即在仅6mm的总长度的情况下，在转子的中心加热直到大约55℃(参见在附图中的“模拟报告”)。
所述调温问题在D≤1.9mm的小直径的情况下是特别显著的。
因为温度调节以及尤其是冷却MAS转子构成固体波谱法的一个十分显著的方面，存在各种不同的策略对其进行改进。
在US-A5,289,130中描述了这样的策略，即，将流出的驱动气体用于冷却转子。在此，所述气体平行于转子表面被引导并且在中心被导出。对于这种气体输送是基于下述情况：在入射到转子上时的气体速度已经过低，以致于无法显著地冷却该转子。如果所述气体速度仍是足够高的，则这便带来了在驱动装置上的效率损耗。
除调温喷嘴之外，同种类型的具有开头定义的大部分特征的布置系统已经通过Bruker BioSpin GmbH的产品已知，如在网页https://www.bruker.com/de/products/mr/nmr/probes/probes/solids/very-fast-mas/13-mm/ovefview.html中以及从D.Wilhelm等人的出版物“Fluid flow dynamics in MAS Systems”，Journal of the MagneticResonance 257(2015)51-63中描述。
同样在开头引用的US7，915，893B2最后说明了一种具有全部开头定义的特征的完全同种类型的布置系统。附加地示出一种VT喷嘴，该VT喷嘴倾斜地碰到转子上。该文献说明了一种低温探头，在该探头中线圈被置于低温的温度下，而测量试样被单独地调温。因此，在这里需要在空间上将电子仪器与转子分开。所谓的自旋体(转子)位于向外封闭的管中并且通过调温喷嘴进行调温。调温气体从一个共同的压力管路中分配到轴承喷嘴和附加的调温喷嘴上。
然而，US7,915,893B2未公开的是，在开放的系统中如何能够实现调温，在该系统中转子不位于狭窄的管中。此外，也未公开转子调温的效率与流入速度的选择之间的关联。
全部至今已知的用于MAS转子的调温装置的显著缺点体现于在测量期间转子高转速的运行中。尤其是在f≥50kHz的旋转频率的情况下，转子由于空气摩擦变热，这可能导致不期望的改变或甚至导致测量试样的破坏。
发明内容
本发明的任务
与此相对地，本发明的目的在于，提供一种开头定义类型的方法以及相应的用于NMR-MAS探头的MAS定子，借助所述方法和MAS定子，即使在MAS转子非常快地转动时也能实现显著改进的调温。本发明的简要说明
所述目的通过具有开头定义的特征的方法得以解决，该方法的特征在于，通过调温喷嘴吹到MAS转子上的调温气体的流动速度在喷嘴横截面中至少对应于旋转的MAS转子的外壳的一半圆周速度并且最高对应于在调温气体中的声速。
此外，本发明还提供一种用于NMR-MAS波谱法的相应设计和定尺寸的MAS定子，该MAS定子即使在较高旋转频率时仍允许实现显著改进的MAS转子调温。
与上面讨论的现有技术不同，本发明尝试，以一定的最低速度吹入压缩空气以用于冷却MAS转子，以便由此引起在转子表面上的空气层的显著的更换并且由此改进冷却。
对于更好的可调温性来说关键的显然是，所述调温气体以与至今的举措相比更高的速度被吹到转子表面上。按照本发明，所述速度处于转子旋转速度(圆周速度)的数量级中、至少大约为该旋转速度的一半。该结果是意想不到的，因为传统调温(VTN、DVT)的相对小的热传递仅在模拟中可见，该模拟在图5和图6中示出并且在下面详细解释。已知的现有技术根本未提及冷却的效率。理论上，传输的热量也与流动速度有关。显然，需要调温气体有一定的最低速度，从而靠近转子的空气层被更换，也就是说更高的流动速度导致在转子上更多的热传递。
因此，为了达到高的速度，按照本发明设置有小的喷嘴，这些喷嘴在施加提高的压力时沿转子在轴向方向上产生快速的气流。这导致了本发明的教导，据此在VT喷嘴中的气流的速度应该是转子的旋转速度的至少50％。在此，声速适合作为上限，这也构成转子的旋转速度的上限。
本发明的另一个优点在于，现有的市场常见的MAS定子几乎不必修改并且附加部件仅需要非常低的材料费用，从而按照本发明的教导能够以极低的成本实现。
优选的变型方案、实施方式以及本发明的改进方案
本发明特别优选的变型方案的特征是，所述MAS转子的外壳具有外直径D≤1.9mm，并且该MAS转子以f≥50kHz、优选以f≥67kHz的旋转频率旋转。虽然原则上没有说法反对也在较大直径时使用本发明，然而加热并且因此本发明的优点恰好在MAS转子直径较小的情况下是更大的。
在按照本发明的方法的其它有利的变型方案中，通过调温喷嘴吹送的调温气体的标准体积流量在0.01l/min到10l/min之间。过小的气体流量不能充分调温，而太高的流量可能对旋转有不利的影响并且因此可能也是不经济的。
从物理上看，按照本发明的方法可以通过使用带有调温装置的MAS定子来实施，该调温装置包括至少一个调温喷嘴以用于对MAS转子进行调温，其中，所述MAS定子的特征在于，所述至少一个调温喷嘴具有在0.04mm至0.5mm之间的内直径d，其中，在运行中以1巴至5巴的压力加载所述调温喷嘴。正好利用所述特征组合、即通过专门的喷嘴直径和所使用的压力相应地得出上面所讨论的最优流量。
上述的按照本发明的类型的带有MAS定子的NMR-MAS探头也属于本发明的范畴，其中，MAS转子的外壳具有的外直径D≤1.9mm、尤其是0.7mm≤D≤1.3mm，其中，所述MAS转子以f≥67kHz的旋转频率旋转。本发明的该实施方式在实践中被证明是特别有用的。与此相反，根据开头引用的US7,915,893B2的现有技术公开了大约3mm的转子外直径D以及大约30kHz的正常旋转频率f。
在此，可以使用两个原则上不同的定子变型方案，即一方面是室温变型方案，在该室温变型方案中，所述定子是开口的并且调温流可以逸出到周围环境中，另一方面是带有受冷却的发送-接收电子仪器的封闭的低温变型方案，在该低温变型方案中，所述转子在封闭的管中运行，从而调温流不向外到达低温电子仪器上。
在第一类的按照本发明的NMR-MAS探头的有利实施方式中，MAS定子因此构造成开口的，从而调温气流在其与MAS转子的外壳接触之后可以逸出到周围环境中。所述调温喷嘴在所述实施方式中设置成，使得调温气流能够相对于柱对称的MAS转子的纵轴线以角度α<45°、优选α<30°被吹到MAS转子的外壳上。
因为调温喷嘴在正常情况下未精确放置在转子表面上，调温气体的入射应该倾斜地对准转子。此外，这样倾斜入射的调温流更好地且更有效地到达在转子与围绕该转子的HF线圈之间的间隙中。因此，喷嘴从径向轴承出发优选倾斜地向所述间隙中对准。由此可能的是，将转子表面的摩擦热更有效率地导出。
气流从上面的轴承出发向下定向、尤其是以在0°至80°、优选在20°至40°之间的流入角度。与传统折流喷嘴相反，所述喷嘴迎角的另一个优点在于，转子受到向下定向的力，该力给予该转子保持稳定性，这尤其是在小转子(即具有外直径D≤1.9mm)的情况下是重要的。
在替代于此的一类的按照本发明的NMR-MAS探头的有利实施方式中，所述MAS定子构造成封闭的，使得调温气流在其与MAS转子的外壳接触之后不能直接逸出到周围环境中。所述调温喷嘴因此设置成，使得相对于柱对称的MAS转子的纵轴线的所述角度α为α≤10°。在此变型方案中，气流也可以平行于转子被引导。中央管允许实现调温气体的受控的引导。
此类的实施方式的改进方案是特别优选的，在这些改进方案中在MAS转子的外壳和MAS定子的围绕该外壳的内表面之间自由地保持有用于调温气流的间隙，该间隙具有在0.02mm至0.3mm之间的间隙宽度b，以便确保在转子附近中的气流的足够的更换。所述间隙宽度可以调节成，使得改进调温，然而在某些情况下会损失必要的压力。
此类的实施方式的改进方案也是有利的，在这些改进方案中，所述调温喷嘴设置成，调温气流能够以角度α≈0°、即平行于柱对称MAS转子的纵轴线沿MAS转子的外壳被吹送。对于存在中央管的情况，不再一定要倾斜地入射，因为所述管本身用于所需的引导。
在本发明的其它优选的改进方案中，所述MAS转子由螺线管形的HF线圈包围，该HF线圈或是构造成自由支承的，或是卷绕在管的外表面上并且设置成，使得调温气流可以在转子和管或线圈之间被引导。所述HF线圈是对于NMR测量必要的组成部分。在此，该HF线圈连同支承管也用于引导调温气体。
所述改进方案还可以通过如下方式被改进，所述MAS转子与支承管的内壁间隔开在0.02mm至0.3mm之间的间距用螺线管形HF线圈包围。在此，间隙宽度也可以再次调定成，使得改进对MAS转子的调温。
按照本发明的NMR-MAS探头的下述实施方式也是有利的，这些实施方式的特征在于，存在有多个、尤其是彼此相同构造的调温喷嘴，这些调温喷嘴优选对称地围绕柱对称的MAS转子的纵轴线设置。这种径向对称避免沿某一确定方向对转子产生机械影响。此外，多个喷嘴能够实现更高的调温气流。
按照本发明的NMR-MAS探头的下述实施方式也是特别优选的，在这些实施方式中所述调温喷嘴构造在MAS定子的径向轴承中。因此得到非常紧凑的构造。同时给轴承供料和通过统一的气体输送进行调温简化了MAS系统。
备选地，在NMR-MAS探头的另一实施方式中，所述调温喷嘴也可以通过单独的通道供给调温气体。在某些应用中(例如在低温时)另一方面可能需要的是，将调温通道在空间上解耦并且可能也热解耦。由此获得进一步的自由度，因为调温通道于是能够独立于轴承通道以任意的压力和任意的温度运行。
在实践中，按照本发明的探头的下述实施方式最后特别得以验证，在这些实施方式中，MAS转子由蓝宝石、四方晶稳定化二氧化锆和/或氮化硅构成，具有在0.2mm至0.7mm之间、优选大约在0.3mm至0.55mm之间的壁厚，以及具有小于4mm、优选大约3.2mm、大约1.9mm或大约1.3mm的直径。这些材料特别适合MAS-NMR，因为这些材料是非磁性、不导电的，它们具有足够的机械强度，以承受在旋转时出现的力并且能够将其壁厚以上述方式调定到最大透射。
本发明的其它优点由说明书和附图得出。同样，上述的且仍进一步描述的特征按照本发明可以分别本身单独地或多个任意组合地应用。所示出的和所说明的实施方式不应被理解为穷举，而更确切地说是对于说明本发明具有示例性的性质。
附图说明
本发明的详细说明和附图
本发明在附图中示出并且借助实施例详细阐述。
其中：
图1示出按照本发明的NMR-MAS探头的一种实施方式的示意性横剖视图，该NMR-MAS探头具有开口的MAS定子和倾斜于轴线指向MAS转子的调温喷嘴；
图2示出NMR-MAS探头的示意性横剖视图，该NMR-MAS探头具有根据现有技术(Bruker BioSpin GmbH)的开口的MAS定子；
图3a示出按照本发明的MAS定子的一种开口的实施方式的示意性横剖视图，该MAS定子具有倾斜地指向MAS转子的调温喷嘴；
图3b示出如图3a的实施方式，然而具有平行于MAS转子的纵轴线定向的调温喷嘴；
图4a示出按照本发明的MAS定子的一种封闭的实施方式的示意性横剖视图，该MAS定子具有倾斜地指向MAS转子的调温喷嘴；
图4b示出如图4a的实施方式，然而具有平行于MAS转子的纵轴线定向的调温喷嘴；
图5示出在测量试样中沿转子轴线在不同直径的调温喷嘴的情况下带有经计算的温度变化曲线的图示；以及
图6示出在MAS转子的一点上的壁温度关于在封闭的MAS定子中在转子与中央管之间的间隙间距的经计算的变化曲线的图示。
具体实施方式
本发明以其实体形式涉及一种MAS定子的以及带有该MAS定子的NMR-MAS探头的新型构造形式，以用于实施上述按照本发明的方法并且其主要应用作为磁共振设备的组成部分。
如在图1、3a至4b中示出的按照本发明的布置系统的全部实施方式、但也根据现有技术的布置系统(其中的一个在图2中示出)也分别包括NMR探头10、20的MAS定子11、21、31a、31b、41a、41b以用于容纳基本上圆柱形的空心MAS转子13、23、33、43，该MAS转子带有外直径为D的外壳，该转子将试样物质包含在试样体积中并且在MAS定子11、21、31a、31b、41a、41b内的测量位置中借助带有至少一个轴承喷嘴12’、22’、32’、42’的用于气体输送的装置受压缩气体支承以及借助气动驱动装置使所述MAS转子以旋转频率f围绕MAS转子13、23、33、43的柱体轴线进行旋转。所述MAS转子13、23、33、43分别由螺线管形的HF线圈14、24、34、44包围。此外，本发明的全部实施方式(以及按照现有技术的布置系统也)具有一个或多个调温喷嘴12、32a、32b、42a、42b，在NMR-MAS测量期间，调温气体通过这些调温喷嘴被吹到MAS转子13、33、43的外壳上。
本发明的特征在于，通过调温喷嘴12、32a、32b、42a、42b吹到MAS转子13、33、43上的调温气体的流动速度在喷嘴横截面中至少对应于旋转的MAS转子13、33、43的外壳的一半圆周速度并且最高对应于在调温气体中的声速。
在现有技术中，调温气流通常直接借助较大的喷嘴垂直于转子定向。因此，在转子上仅可以进行少量的热量交换，从而朝向转子的中心构成热量梯度。
而相反地，利用按照本发明所使用的调温喷嘴(以及首先在使用按照本发明的方法时)，空气流优选在线圈与转子之间借助成角度定向的喷嘴并且以足够高的速度被吹入。在本发明示出的实施例中，调温流相应地与轴承喷嘴相关，并且调温喷嘴具有小于所述轴承喷嘴的直径，以便实现高的流动速度。在转子与线圈之间的间隙中的主流动同样在那里经过并且确保有效的冷却。
根据喷嘴的尺寸设计并且根据支承压力/调温压力可以减少加热，并且在一定范围内也可以使温度分布均一化。由模拟图得知，在增大喷嘴时(和在与之有关地提高气体流量时也)提高了冷却性能。然而同样可能有利的是，选择流量或喷嘴尺寸，所述流量或喷嘴尺寸能够实现低的温度梯度。本发明能够在任何情况下实现对优化的类型的控制。
·带有与旋转轴线成0°至80°的角度的倾斜的或轴向的调温喷嘴的MAS定子朝向旋转中心并且施加速度为至少50％旋转速度的气流。
·调温喷嘴制入径向轴承中，因此可以省去输入管路
●直径Φ0.04mm至0.5mm的喷嘴
●以相同方式定位的调温喷嘴，但该喷嘴也通过单独的通道供给气体(优点：轴承通道的双重功能、转子的空气轴承以及调温被解耦，所述轴承通道可以在恒定温度下运行)
HF线圈通常卷绕到管上，从而轴向的调温流沿转子被引导。VT流的引导连同在转子与中央管之间限定的间隙可以带来进一步的VT优化。也可设想中央管变型方案。按照本发明的MAS转子-定子系统设计用于外直径D≤1.9mm的转子尺寸。恰恰在所述较小的转子中，摩擦热是相当大的并且所述系统是很难被调温的。这可能也是由于与产生的摩擦功率相比而言的较小转子的质量较小以及表面较小。
通过调温喷嘴的流动
对于具有绝热指数K的理想气体(该气体从锅炉中以压力p0、密度ρ0、温度T0通过具有横截面积A1的喷嘴流出)的质量流适用于：
p1对应于外部压力。气体的密度ρ0对于理想气体来说如下与在锅炉中的压力p0相互关联：
在此，RS是相关气体的特定的气体常数。
质量流具有单位并且可以如下换算成标准体积流量：
在此，pn＝1013毫巴并且Tn＝273K(在标准条件下的压力和温度)。
从喷嘴中的排出速度如下计算：
在图5中，实线表示现有技术(如目前Bruker BioSpin GmbH所提供的)，虚线表示具有不同喷嘴的本发明。在该比较的图示中阐明，借助调温喷嘴，在转子上的最大温度以及部分地还有温度梯度得以减小。还示出，不仅空气速度影响到转子温度，而且流量对其也有影响。调温喷嘴越大，在转子上的冷却效果就越强。
图6最后示出了在转子的一点上的温度关于在转子与中央管之间的间隙间距的变化曲线。在该图中可看出，当间隙降低时，在转子表面上的温度从大的间隙出发首先升高。在大约0.35mm的间隙时达到最大。如果进一步减小间隙，则冷却性能改进直到在大约0.06mm的间隙时的最优值，在该间隙以下，温度又显著升高。然而为此必须考虑的是，较小的间隙要求较高的压力，从而仪器的最优值也许并不在0.06mm时，而是更确切地说是在0.1mm时。
附图标记列表
10、20 NMR探头
1、21、31a、31b、41a、41b MAS定子
12’、22’、32’、42’ 轴承喷嘴
12、32a、32b、42a、42b 调温喷嘴
13、23、33、43 MAS转子
14、24、34、44 HF线圈

Claims (15)

1.用于运行NMR探头(10、20)的方法，所述NMR探头具有用于容纳基本上圆柱形的空心MAS转子(13、23、33、43)的MAS定子(11、21、31a、31b、41a、41b)，该MAS转子具有外直径为D的外壳以及在试样体积中的试样物质，其中，所述MAS转子(13、23、33、43)在MAS定子(11、21、31a、31b、41a、41b)内的测量位置中借助带有轴承喷嘴(12’、22'、32'、42')的用于气体输送的装置受压缩气体支承以及借助气动驱动装置使所述MAS转子以旋转频率f≥30kHz围绕MAS转子(13、23、33、43)的柱体轴线进行旋转，其中，在NMR-MAS测量期间，借助调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)将调温气体相对于柱对称的MAS转子(13、23、33、43)的纵轴线以角度α＜90°吹到MAS转子(13、23、33、43)的外壳上，
其特征在于，
通过所述调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)吹到MAS转子(13、33、43)上的调温气体的流动速度在喷嘴横截面中至少对应于旋转的MAS转子(13、33、43)的外壳的一半圆周速度并且最高对应于在调温气体中的声速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MAS转子(13、33、43)的外壳具有外直径D≤1.9mm，并且所述MAS转子(13、33、43)以f≥50kHz、优选以f≥67kHz的旋转频率旋转。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)吹送的调温气体的标准体积流量在0.01l/min到10l/min之间。
4.用于实施根据上述权利要求之一所述的方法的MAS定子(11、31a、31b、41a、41b)，所述MAS定子具有调温装置，该调温装置包括至少一个调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)以用于对MAS转子(13、33、43)进行调温，其特征在于，所述至少一个调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)具有在0.04mm至0.5mm之间的内直径d，并且用1巴至5巴的压力加载所述调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)。
5.带有根据权利要求4所述的MAS定子(11、31a、31b、41a、41b)的NMR-MAS探头(10)，其特征在于，所述MAS转子(13、33、43)的外壳具有外直径D≤1.9mm、尤其是0.7mm≤D≤1.3mm，并且所述MAS转子(13、33、43)以f≥67kHz的旋转频率旋转。
6.根据权利要求5所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述MAS定子(11、31a、31b)构造成敞开的，使得调温气流在其与MAS转子(11；13)的外壳接触之后能够逸出到周围环境中，并且所述调温喷嘴(12、32a、32b)设置成，使得调温气流能够相对于柱对称的MAS转子(13、33)的纵轴线以角度α≤45°、优选α≤30°被吹到MAS转子(13、33)的外壳上。
7.根据权利要求5所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述MAS定子(41a、41b)构造成封闭的，使得调温气流在其与MAS转子(43)的外壳接触之后不能直接逸出到周围环境中，并且所述调温喷嘴(42a、42b)设置成，使得相对于柱对称的MAS转子(43)的纵轴线的所述角度α为α≤10°。
8.根据权利要求7所述的NMR-MAS探头，其特征在于，在所述MAS转子(43)的外壳和MAS定子(41a、41b)的包围该外壳的内表面之间自由地保持有用于调温气流的间隙，该间隙具有在0.02mm至0.3mm之间的间隙宽度b。
9.根据权利要求7或8所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述调温喷嘴(42b)设置成，使得调温气流能够以角度α≈0°、即平行于柱对称的MAS转子(43)的纵轴线沿MAS转子(43)的外壳被吹送。
10.根据权利要求5至9之一所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述MAS转子(13、33、43)由螺线管形的HF线圈(14；34；44)包围，所述HF线圈卷绕在管的外表面上并且设置成，使得调温气流能够在转子和管之间被引导。
11.根据权利要求10所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述MAS转子(13、33、43)与管的内壁间隔开在0.02mm至0.3mm之间的间距用螺线管形HF线圈(14、34、44)包围。
12.根据权利要求5至11之一所述的NMR-MAS探头，其特征在于，存在有多个、尤其是彼此相同构造的调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)，这些调温喷嘴优选对称地围绕柱对称的MAS转子的纵轴线设置。
13.根据权利要求5至12之一所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述调温喷嘴(12、32a、32b、42a、42b)安装在MAS定子(11、31a、31b、41a、41b)的径向轴承中。
14.根据权利要求5至11之一所述的NMR-MAS探头，其特征在于，能够经由单独的通道将调温气体供送给所述调温喷嘴(32a、32b)。
15.根据权利要求5至14之一所述的NMR-MAS探头，其特征在于，所述MAS转子(13、33、43)由蓝宝石、四方晶稳定化二氧化锆和/或氮化硅构成，具有在0.2mm至0.7mm之间、优选大约0.55mm的壁厚。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11187767B2 (en) 2019-02-14 2021-11-30 Bruker Biospin Gmbh MAS probehead with a thermally insulated sample chamber
CN117169795A (zh) * 2023-11-02 2023-12-05 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种多通道分布式原位在场固体核磁共振加热装置及方法
DE102023202880B3 (de) 2023-03-29 2024-07-18 Bruker Biospin Gmbh Verwendung Funktionsspezifischer Gase in einer MAS-Mikrogasturbine für die Festkörper NMR

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017220709B4 (de) * 2017-11-20 2019-05-29 Bruker Biospin Ag MAS-NMR-Rotorsystem mit verbesserter Raumnutzung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7915893B2 (en) * 2006-12-08 2011-03-29 Doty Scientific, Inc. NMR CryoMAS probe for high-field wide-bore magnets
CN102057263A (zh) * 2008-06-04 2011-05-11 西门子公司 用于探测流体中能力变化的方法和装置以及涡轮机
CN104251981A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 布鲁克碧奥斯平股份公司 具有改进的样本管定心的nmr探头

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU765724A1 (ru) * 1977-06-03 1980-09-23 Институт Кибернетики Ан Эстонской Сср Датчик сигналов дерного магнитного резонанса
US4511841A (en) * 1982-06-17 1985-04-16 Chemagnetics, Inc. Method and apparatus for high speed magic angle spinning
US4940942A (en) * 1989-04-14 1990-07-10 Bartuska Victor J Method and apparatus for conducting variable-temperature solid state magnetic resonance spectroscopy
US5289130A (en) 1992-07-31 1994-02-22 Doty Scientific Inc. NMR sample rotor cooling technique
US7049380B1 (en) * 1999-01-19 2006-05-23 Gore Enterprise Holdings, Inc. Thermoplastic copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether and medical devices employing the copolymer
JP2005283335A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Jeol Ltd ガス軸受構造およびｎｍｒ用高速スピナー
US7170292B2 (en) * 2004-10-20 2007-01-30 Doty Scientific, Inc. NMR MAS inflow bernoulli bearing
US7151374B2 (en) * 2005-01-12 2006-12-19 Doty Scientific, Inc. NMR MAS probe with cryogenically cooled critical circuit components
WO2006085261A2 (en) * 2005-02-10 2006-08-17 Doty Scientific, Inc. Nmr cryomas probe for high-field wide-bore magnets
US7535224B2 (en) * 2007-05-29 2009-05-19 Jian Zhi Hu Discrete magic angle turning system, apparatus, and process for in situ magnetic resonance spectroscopy and imaging
FR2926629B1 (fr) 2008-01-21 2010-04-02 Bruker Biospin Sa Dispositif d'echangeur thermique et installation rmn comprenant un tel dispositif
DE102008054152B3 (de) * 2008-10-31 2010-06-10 Bruker Biospin Gmbh NMR-MAS-Probenkopf mit integrierter Transportleitung für einen MAS-Rotor
US8212565B2 (en) * 2009-10-29 2012-07-03 Bruker Biospin Corporation NMR MAS rotor assembly with porous ceramic bearings
CN104876937B (zh) * 2010-02-12 2017-07-28 辉瑞公司 8‑氟‑2‑{4‑[(甲氨基)甲基]苯基}‑1,3,4,5‑四氢‑6H‑氮杂*并[5,4,3‑cd]吲哚‑6‑酮的马来酸盐、其药物组合物及其用途
FR2981442A1 (fr) 2011-10-17 2013-04-19 Bruker Biospin Dispositif d'alimentation en gaz froids et installation rmn comprenant un tel dispositif
FR2983959B1 (fr) * 2011-12-13 2015-12-25 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif rmn a tres basse temperature
DE102012217601B4 (de) 2012-09-27 2016-10-13 Bruker Biospin Ag NMR-Messanordnung mit Temperiereinrichtung für ein Probenröhrchen
DE102013201110B3 (de) * 2013-01-24 2014-04-10 Bruker Biospin Gmbh NMR-MAS-Probenkopf mit integrierter Transportleitung für einen MAS-Rotor
WO2015175507A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Washington University Integrated epr nmr with frequency agile gyrotron
JP6471518B2 (ja) * 2015-01-29 2019-02-20 国立大学法人大阪大学 Ｎｍｒプローブ
JP6528041B2 (ja) 2015-02-06 2019-06-12 日本電子株式会社 Ｎｍｒプローブ
DE102015208850B4 (de) * 2015-05-13 2018-12-20 Bruker Biospin Gmbh MAS-Stator mit Absaugvorrichtung
JP6622081B2 (ja) * 2015-12-21 2019-12-18 日本電子株式会社 核磁気共鳴測定装置及び排ガス処理方法
FR3046678B1 (fr) * 2016-01-12 2018-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme de canalisation de fluide d'un systeme rmn et procede de fonctionnement d'un tel systeme.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7915893B2 (en) * 2006-12-08 2011-03-29 Doty Scientific, Inc. NMR CryoMAS probe for high-field wide-bore magnets
CN102057263A (zh) * 2008-06-04 2011-05-11 西门子公司 用于探测流体中能力变化的方法和装置以及涡轮机
CN104251981A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 布鲁克碧奥斯平股份公司 具有改进的样本管定心的nmr探头

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRANCISCOAGUILAR-PARRILLA等: ""Temperature Gradients and Sample Heating in Variable Temperature High Speed MAS NMR Spectroscopy"", 《JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE》 *
VENITA DAEBEL等: ""Introduction to Proton Detection in Biological Samples under Ultra-Fast Magic Angle Spinning"", 《INTERNET ARTICLE》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11187767B2 (en) 2019-02-14 2021-11-30 Bruker Biospin Gmbh MAS probehead with a thermally insulated sample chamber
DE102023202880B3 (de) 2023-03-29 2024-07-18 Bruker Biospin Gmbh Verwendung Funktionsspezifischer Gase in einer MAS-Mikrogasturbine für die Festkörper NMR
CN117169795A (zh) * 2023-11-02 2023-12-05 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种多通道分布式原位在场固体核磁共振加热装置及方法
CN117169795B (zh) * 2023-11-02 2024-02-27 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种多通道分布式原位在场固体核磁共振加热装置及方法

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Publication number Publication date
US10459044B2 (en) 2019-10-29
DE102016218772A1 (de) 2018-03-29
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JP6517896B2 (ja) 2019-05-22
US20180088190A1 (en) 2018-03-29
JP2018081079A (ja) 2018-05-24
EP3301467B1 (de) 2021-11-03
EP3301467A1 (de) 2018-04-04

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