CN1162697C

CN1162697C - 核磁共振装置

Info

Publication number: CN1162697C
Application number: CNB011313781A
Authority: CN
Inventors: 岩田庸助
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: CN1351255A; US20020050821A1; US6456078B1; JP4304856B2; JP2002139558A

Abstract

一种NMR装置，该装置包括NMR线圈，及与试样供给源相连并穿过NMR线圈的试样流路。所述NMR装置能够完成在线测量，由此一部分试样流路穿过NMR线圈用作测量用的NMR探头。用于吸收试样的填充物设置在试样流路中NMR探头的位置，并且NMR测量在试样被填充物吸收的状态下完成。因此，当测量完成时，试样精确地保留在NMR线圈位置，同时非常小量的试样被浓缩。

Description

核磁共振装置

技术领域

本发明涉及一种核磁共振装置(以下称为“NMR装置”)，其中试样供给源与NMR装置通过流路相连，因此能够在线分析由试样供给源提供的试样。例如，将本发明应用于这样的情况，即液相色谱仪(以下称为“LC”)装置与NMR装置通过流路相连，并且从LC装置内取出的试样顺序传送到NMR装置以完成测量。

背景技术

在NMR测量中，已经广泛采用了离线测量，其中利用测量必需的重水型(重醇型)溶剂将试样收集到各个具有底端的取样管内，并且各个取样管单独与NMR探头如测量探头固定，该探头位于NMR装置的测量空间内以完成NMR测量。然而，近年来，为了使测量自动化，已经采用在线测量的NMR装置以通过流路从试样供给源直接传送试样而不采用具有底端的取样管。

图3所示为传统液相色谱仪—核磁共振系统(以下称为“LC-NMR系统”)的框图，其中LC装置和NMR装置在线相连。该系统包括LC部分和NMR装置。

在LC部分内，流动相1通过液体传送泵2传送到流路，并且试样从试样导入部分3导入，试样导入部分3设置在流路的中路。导入的试样在分离柱4经历成份分离，并且每种成份通过分离柱4顺序传送。通过控制重水型溶剂和重醇型溶剂的浓度制备好流动相1，其中重水型溶剂具有高的能力使分离柱吸附试样，而重醇型溶剂具有低的能力使分离柱吸附试样。顺便说明的是，不用轻水型溶剂和轻醇型溶剂的原因是，倘若完成下述NMR测量，必须使用重水型/重醇型溶剂以代替轻水型/轻醇型溶解。然后，由探测器5探测通过分离柱4的试样成份以通过电导率和UV完成测量。

NMR装置具有这样结构，即在电磁铁构成的铁磁场空间内设置一个测量空间，并且通过装置控制部分在该测量空间内产生NMR测量所需的电磁波。同样，用于接收和发送测量到的电磁波信号的NMR线圈20也连接其上。

试样流路20与LC部分探测器5的后面相连，因此，流路20沿轴向通过NMR线圈21。接着，预先测量从探测器5到NMR线圈20管路的容积，并且由泵的转数可以得到流动相的液体传送速度如每单位小时的液体传送量。因此能够计算出当探测器5探测到将被测量的试样的时刻至该被测量的试样达到NMR线圈位置的时刻的时间。

因此，当探测器5探测到将被测量的试样时，根据管路容积和液体传送速度计算出将被测量的试样到达NMR线圈位置的时间，并且在达到时间经过后流动相的液体传送立即停止，由此试样能够保持在NMR线圈位置。因此，可以完成NMR线圈位置上对试样流路面积内的物质的NMR测量。或者，即使液体传送没有停止，当根据试样通过NMR线圈位置时的时间开始测量时，也能够进行将被测量试样的NMR测量。

因此，由于仅在整个试样流路21外面通过NMR线圈20的部分完成NMR测量，则通过NMR线圈20和穿过NMR线圈20的部分试样流路21基本上形成用于测量的NMR探头22。顺便说明的是，试样流路21的端部与排放管相连以便测量后排放试样。

图4是图3中NMR探头部分的放大视图。NMR线圈20缠绕着圆筒形的管子23。试样流路21穿过管子23。

如上所述，在传统的NMR探头22中，中空的试样流路21实际上穿过NMR线圈20。在装置内测量试样的情况下，采用的方法是其中当送出试样时，试样是在当其在NMR探头22内流动的时间内测量的，例如流动测量(on-flow measurement)，或者采用的方法是其中当送出试样时，液体传送泵2停止以暂时停止液体的流动，由此试样保持在NMR探头22内以便延长积分时间和测量，例如停止流动测量(stopped-flowmeasurement)。

然而，在进行流动测量的情况下，例如，可能存在这样的情况，即试样的流速很快，不可能花费充分的测量时间并且不能进行适当的积分处理，这会导致测量具有较低的S/N比率。另一方面，在停止流动测量的情况下，由于悬浮期间试样在流路内不可避免的来回扩散，例如，可能存在这样的情况，即仅有全部试样的30％保留在NMR线圈的附近。即使通过积分处理延长了积分时间，也将在总体上由于试样扩散的淡化无法得到充分的S/N比率。同样，由于试样的扩散，也无法完成定量测量。

同样，当被测量试样达到NMR线圈20的位置时，NMR测量完成。然而，要精确地确定时序是非常困难的。为了安全目的，通常是以轻微的分散状态传送试样以便当同NMR线圈内的流路长度相比时被测量试样的流路长度变长。因此，即使时序稍微变动，也必须做到试样位于NMR线圈的位置上。因此，实际测量的试样量仅是从试样供给源传送的全部测量试样外面的部分，由此存在升高S/N比率的限制。

另外，在NMR测量时需要使用昂贵的重水/重醇型溶剂。然而，这样昂贵的溶剂应尽可能用的少。换而言之，如果可能，应尽可能多用轻水/轻醇型溶剂。尤其是，由于重醇溶剂非常昂贵，理想的是减少其使用量。在这样的系统中，其中上述LC部分连接在NMR装置的前面，由于设置有分离柱，因此必须使用混合物，其中在流动相混合重醇型溶剂(因为仅通过重水型溶剂使试样通过长的分离柱是困难的)，由此需要大量昂贵的重醇。

另外，在NMR测量中，必须保持尽可能高的试样浓度，在完成测量后，需要将试样从NMR探头位置尽可能快和有效地排放。

考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种NMR装置，其中通过有效地利用非常少量的试样能够进行具有高灵敏度和高S/N比率的测量。

本发明的另一个目的在于提供一种上述NMR装置，其中流动性的试样能够容易和精确地保持在测量位置。

本发明的另一个目的在于提供一种上述NMR装置，其中在NMR测量中使用的昂贵的溶剂能够尽可能地减少。

本发明的另一个目的在于提供一种上述NMR装置，其中当需要将试样保持在NMR探头中用于测量时试样能够非常浓缩，并且当测量后需要将试样从NMR探头排出时，试样能够快速和有效地排放。

本发明的另一个目的在于提供一种上述NMR装置，其中当完成流动测量时，将试样保持在NMR探头中的时间是可以控制的。

通过本发明的下面描述，本发明的其他目的和优点将更明显。

发明内容

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，一种NMR装置包括用于在NMR装置的测量空间内接收和发送电磁波的NMR线圈，及与试样供给源连接并穿过NMR线圈的试样流路。在NMR装置中，其中整个流路外面穿过NMR线圈的部分用作NMR探头由此完成在线测量，并提供有用于NMR探头位置的试样流路中吸收试样的填充物。

根据本发明的第二方面，一种NMR装置，该装置包括用于接收和发送NMR装置测量空间内的电磁波的NMR线圈，及与试样供给源连接并穿过NMR线圈的试样流路。在该NMR装置中，其中仅有整个流路外面穿过NMR线圈的部分用作NMR探头由此完成在线测量，在NMR探头的试样流路中提供有用于吸收试样的填充物。同样，与试样流路的试样供给源相连的试样供给源流路设置在NMR探头上游侧，及用于替换溶剂的溶剂流路通过转换装置转换。

根据本发明的第三方面，一种NMR装置，该装置包括用于接收和发送NMR装置测量空间内的电磁波的NMR线圈，及与试样供给源相连并穿过NMR线圈的试样流路。其中仅有整个流路外面穿过NMR线圈的部分用作NMR探头由此完成在线测量，在NMR探头的试样流路中提供有用于吸收试样的填充物。同样，与试样流路的试样供给源相连的试样供给源流路设置在NMR探头上游侧，及用于替换溶剂的溶剂流路通过转换装置转换。

根据本发明的第一方面，由于用于吸收试样的填充物设置在穿过NMR探头部分的试样流路中，因此通过流路的试样流动在NMR探头内并能被填充物积极地捕获。通过选择填充物和溶剂的类型能够控制试样的保留时间。因此，根据试样通过选择填充物和溶剂，可以得到测量所必需的充分的积分时间。同样，由于试样本身被填充物捕获，因此试样在试样流路中浓缩并且不分散。因此，即使用非常少量的试样完成测量，也不会存在S/N比率降低，以及定量测量不可能的问题。

根据本发明的第二方面，当试样从试样供给源流向转换装置时，使用的是廉价的轻水/轻醇型溶剂，并且在转换装置后面的试样流路中使用的是重水/重醇型溶剂。因此，能够减少大量的所使用的重水/重醇型溶剂。

根据本发明的第三方面，由于试样的吸收能力能够通过溶剂流路供给的溶剂和填充物的结合而进行控制，因此在测量中使用具有高试样吸收能力的溶剂，并且在测量后使用具有低试样吸收能力的溶剂以便快速排放溶剂。或者，在流动测量中，试样在NMR探头内的保留时间通过适当地混合两种以上的溶剂能够任意地控制。

附图说明

图1为本发明NMR装置实施例结构的透视图；

图2为本发明所应用的LC-NMR系统结构的框图；

图3为传统LC-NMR系统的结构的框图；

图4为传统NMR装置的NMR探头部分的放大视图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的实施例进行说明。图1为本发明NMR装置

实施例结构的透视图。

如图1所示，NMR装置包括一对用于产生铁磁场的线圈电磁铁30和一对用于产生扫描磁场的电磁铁31，由此在它们中间形成测量空间，及固定在测量空间内的NMR线圈20。NMR线圈20缠绕在圆筒形的管子23上以使NMR线圈20不容易变形。

另一方面，试样流路21穿过NMR线圈20并且在试样流路21穿过NMR线圈20的位置上填充有填充物24，试样流路21由玻璃管制成，玻璃管连接作为来自试样供给源的流路，例如LC部分。作为填充物，可以使用相对于水系例如轻水和重水具有高吸收能力并且相对于醇系如轻醇和重醇具有低吸收能力的物质。例如，碳氟化合物是用作填充物的最优选的材料，但是根据测量的试样也可以选择合适的物质。

当把试样从试样供给源发送穿过试样流路21时，相对于出现在填充物24位置上的试样完成NMR测量。NMR探头22的功能可以通过NMR线圈20，试样流路21和填充物24实质上得到。

线圈电磁铁30，扫描磁场电磁铁31和NMR线圈信号处理的控制都通过装置控制部分完成，由此执行NMR测量。

根据该装置，当通过重水溶剂或重水与重醇的混合溶剂运送的试样到达填充物24的位置时，试样待在那里穿过填充物24的吸收。在这样的条件下，液体供给停止，或当供给液体时，NMR测量在流动状态下完成。作为填充物24吸收作用的结果，由于试样能够被浓缩并且试样在NMR探头22内的停留时间能够大大增加，并且利用高度浓缩的试样能够长时间完成积分处理，因此该装置能够完成具有高S/N比率的测量。同样，即使液体的供给停止，因为试样由于填充物的吸收作用而不扩散，因此不存在传统装置中观察到的问题，即试样在试样流路中扩散造成的S/N比率降低以及不能完成定量分析。

在完成测量后，通过供给高浓度的醇型溶剂在很短的时间内排放试样。试样可以仅通过高吸收能力的重水型溶剂排放，由于填充物设置在很短的范围内，因此要花费很长的时间，这将会造成时间和溶剂的浪费。因此最好是更换醇型溶剂。

图2为采用了图1所示NMR装置的LC-NMR系统的整个结构框图。该LC-NMR系统包括LC部分，溶剂替换部分和NMR部分。

在这些组成部分中，LC部分包括流动相1，液体传送泵2，试样导入部分3，分离柱4和探测器5，它们以这样的次序连接在流路中。由于该部分的结构与图3中所示传统LC部分的结构相同，因此使用相同的标号并省略了对其的说明。顺便说明的是，轻水和轻醇的混合溶剂用作流动相1。所制备的混合溶剂具有这样的浓度，即试样在分离柱4内能够适当地分离。流动相1不使用重水和重醇的原因在于溶剂可以在下述溶剂替换部分被替换以免在该部分使用昂贵的溶剂。

LC-NMR系统的溶剂替换部分包括转换阀6，第一替换溶剂7，第二替换溶剂8，液体传送泵9和用于切换第一替换溶剂7和第二替换溶剂8的转换阀10。

比轻水昂贵的重水用作第一替换溶剂，比重水昂贵的重甲醇用作第二替换溶剂。由于重水和重甲醇具有不同的溶剂强度，因此被填充物捕获的试样的洗提能力可以在控制它们浓度的同时适当地使用重水或重甲醇或混合物来进行调整。顺便说明的是，普通液相色谱仪中使用的廉价轻水/轻醇溶剂在LC部分内用于转换阀6。

LC-NMR系统的NMR装置包括通过流路与转换阀6后部相连的试样流路21，填充在试样流路21中部的填充物24，缠绕在填充有填充物的试样流路上的NMR线圈20，及用于在NMR线圈20的位置形成NMR测量所需磁场的磁铁。

接下来对系统的运行进行说明。通过使LC部分动作从试样导入部分3注入试样，LC部分处于这样的状态，即转换阀6与排放侧相连。试样在分离柱4经历成份分离且使各种成份顺序送到探测器5，探测器5对每一种成份保持一个探测信号。在信号中产生对于各种成份不需要的信号的同时，转换阀6与排放侧相连。一旦探测器5探测到用于所需成份的信号，通过选择合适的时序将一个开关信号从探测器5发送到转换阀6。由此，流路从排放侧转换到试样流路21一侧。因此，特定的成份被导入到试样流路21内。在转换阀转换的同时通过转换阀10和液体传送泵9将第一替换溶剂7(重水)发送到试样流路21，试样和从LC部分发送的轻水和轻醇的混合溶剂在试样流路21中混合，由此试样被重水稀释。然后，当探测器5结束用于所需成份信号的探测，通过选择合适的时序再将转换阀6切换到排放侧。

通过上述操作，在被重水稀释并且到达NMR线圈位置的同时试样在试样流路中运动。因此，在NMR测量所需的重水溶剂中有试样出现。顺便说明的是，不但第一替换溶剂7而且第二替换溶剂8也被强迫流动的情况下，试样在重水/重醇的混合溶剂中出现。

因此，当试样到达填充物的位置时，试样通过填充物的吸收而停留在那里。由于试样被具有高吸收能力的重水稀释，因此试样很容易被吸收。在这种状态下，通过停止由液体传送泵9的液体传送从而完成NMR测量。

由于试样通过填充物的吸收作用停止一段测量所需的时间，利用充分的积分时间能够测量高度浓缩的试样。

当完成NMR测量时，溶剂变换为第二溶剂，如重甲醇，其能够抑止填充物相对于试样的吸收能力。换言之，通过切换转换阀10使第二溶剂8如重甲醇流入试样流路21中，由填充物保持的试样开始朝着排放侧流动由此快速排放试样。如上所述，通过适当选择溶剂，可以使试样停留在NMR探头22中或被排放出来。

在上述操作中，在第一溶剂7和第二溶剂8单独地流动时，两种溶剂的流量比率可以适当地控制。在这种情况下，可以完成流动测量。在试样转换阀10的情况下，根据流量比率通过控制开关时间，可以得到合适的流量比率。然而，除了转换阀10外，也可以给各个流路设置流量计由此控制流量。

与轻水和轻醇相比，由于重氢型溶剂例如重水和重甲醇通常是昂贵的，当采用上述方法时，可以在很大程度上减少昂贵溶剂的消耗量，由此降低运行成本。重有机溶剂如重甲醇特别昂贵，并且与重有机溶剂用作穿过传统LC部分内分离柱的溶剂的情况相比，在本发明中重有机溶剂的使用量可以大大地降低。

在上述实施例中LC装置例如LC部分用作试样供给源，然而试样供给源并不限于此，其中将试样在管路顺序中供给的任何其他装置都可以使用。

另外，在上述实施例中，转换阀6的作用是将流路从排放侧切换到试样流动侧或相反。然而，当要测量的多种成份单独取得并顺序测量时，为了暂时保持各种成份，分开的多条流路可以通过转换阀并联连接，并且可以为每种成份切换收集流路。然后，在每种成份固定在分开的流路内时，要测量的试样按顺序从收集流路发送到试样流路。

概述本发明的实施例，在本发明的第一方面中，NMR装置具有NMR线圈，该线圈设置在NMR装置的测量空间内以接收和发送电磁波，并且具有与试样供给源相连且穿过NMR线圈的试样流路，同时仅通过穿过试样流路的NMR线圈的一部分用作要测量的NMR探头以完成在线测量，其中根据NMR探头的位置设置有用于吸收试样包括碳氟化合物的填充物。

在根据本发明第一，第二和第三方面以及上述结构的NMR装置内，LC装置用作试样供给源。

如上所述，由于本发明NMR装置设置有填充物，该填充物用于在用作试样流路的NMR探头的位置吸收试样，因此即使具有非常小量的试样，从试样供给源发送的试样也变成浓缩状态。同样，在测量期间试样不扩散，另外试样积极地保留在测量位置，这导致具有高S/N比率的高灵敏度的测量。

同样，根据本发明的第二方面，可以降低昂贵溶剂的消耗量。另外，根据本发明的第三方面，由于溶剂强度可以控制，具有高吸收能力的溶剂在测量期间能够流动，且在测量后具有低吸收能力的溶剂也能够流动。因此，在浓缩或排放时可以使用具有任意溶剂强度的溶剂。

尽管上面结合特定的实施例对本发明进行了说明，但是这些说明是示意性的，本发明仅由权利要求限定。

Claims

1、一种核磁共振装置，其包括：

用于接收和发送电磁波的核磁共振线圈，该线圈设置在核磁共振装置的测量空间内；

用于供给试样的试样供给源；

与试样供给源相连并穿过核磁共振线圈的试样流路，所述试样流路具有穿过核磁共振线圈的部分，该部分用作核磁共振探头以便完成在线测量；及

填充物，该填充物设置在核磁共振探头位置的试样流路内用于吸收试样。

2、如权利要求1所述的核磁共振装置，其还包括连接在试样供给源与核磁共振探头的试样流路上游侧之间的试样供给流路，与该试样流路相连用于供给和替换溶剂的溶剂供给流路，及位于试样供给源与试样流路之间用于有选择地将试样供给到试样流路的转换装置。

3、如权利要求2所述的核磁共振装置，其至少还包括两个彼此不同的溶剂供给源，及溶剂供给装置，所述溶剂供给装置与至少两个溶剂供给源相连，以便将两种以上的溶剂或它们的混合物有选择地供给到试样流路。

4、如权利要求3所述的核磁共振装置，其中所述溶剂供给装置为转换装置或流量控制装置。

5、如权利要求3所述的核磁共振装置，其还包括形成在在试样供给流路中的液相色谱仪，该液相色谱仪用于测定试样的成份。

6、如权利要求5所述的核磁共振装置，其中所述转换装置包括排放侧，该排放侧用于排放穿过液相色谱仪的一部分试样，由此一部分选择的试样可以被导入到试样流路中。