DE102005034839B4

DE102005034839B4 - Sende- und Empfangsspulenanordnung

Info

Publication number: DE102005034839B4
Application number: DE200510034839
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Phys. Dr. Volke; Martin Benecke; Bertram Manz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: DE102005034839A1

Abstract

Sende- und Empfangsspulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das innerhalb einer Probe (2) in Überlagerung mit einem stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ zur Durchführung einer NMR-Untersuchung an der Probe (2) bringbar ist, sowie zum Empfang von mit innerhalb der Probe (2) induzierten kernresonanten Prozessen korrelierten Messsignalen, wobei
ein erstes Spulenpaar mit zwei Spulen vorgesehen ist, die einen axialen lichten Zwischenraum (1) begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen jeweils eine zylinderförmige Gestalt aufweisen und längs einer gemeinsamen Zylinderachse axial voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass die Probe (2) senkrecht zur Zylinderachse in den Zwischenraum (1) einbringbar ist,
dass die beiden Spulen Spulenwicklungen vorsehen, die gleichsinnig bestrombar sind,
dass die Spulen jeweils als Solenoidspule ausgebildet sind, d. h. einlagig längs zur Zylinderachse nebeneinander angeordnete Spulenwicklungen aufweisen und dass wenigstens ein zweites Spulenpaar (S2) vorgesehen ist, mit zwei Spulen, die jeweils einen größeren Spulendurchmesser aufweisen als die Spulendurchmesser der zwei...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sende- und Empfangsspulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das innerhalb einer Probe in Überlagerung mit einem stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ zur Durchführung einer NMR-Untersuchung an der Probe bringbar ist, sowie zum Empfang von mit innerhalb der Probe induzierten kernresonanten Prozessen korrelierten Messsignalen, wobei wenigstens ein erstes Spulenpaar mit zwei Spule vorgesehen ist, die einen axialen lichten Zwischenraum begrenzen.
Stand der Technik
Mit Hilfe der NMR-Spektroskopie (Nuclear Magnetic Resonanz) ist es möglich, die Struktur von Molekülen und Festkörpern zu untersuchen. In einer möglichen Ausführungsform des Untersuchungsverfahrens wird ein von einer elektrischen Spule umschlossenes Probenröhrchen, in der das hochfrequente magnetische Wechselfeld zur Anregung der Kernspinresonanz innerhalb der Probe mittels eines Radio-Frequenz-Generators erzeugt wird, zwischen die Magnetpole eines großen Magneten gebracht, der ein stabiles homogenes magnetisches Polarisationsfeld B₀ liefert, das senkrecht zur Richtung des magnetischen Wechselfeldes orientiert ist. Resonanz tritt ein, wenn die Frequenz des anregenden HF-Feldes mit der so genannten Larmor-Frequenz des im Magnetfeld präzedierenden Kernseins übereinstimmt. In diesem Fall wird das von Seiten der HF-Spulenanordnung ausgesandte hochfrequente Wechselfeld von den Kernseins innerhalb der zu untersuchenden Probe teilweise absorbiert. Die durch Absorption resultierenden Echosignale können mit Hilfe der Spulenanordnung, die neben der Hochfrequenz-Wechselfelderzeugung auch HF-Signale zu empfangen vermag, detektiert und nach entsprechender Verstärkung auf einem Registriergerät, beispielsweise einem Oszillographen, sichtbar gemacht werden. Um eine möglichst gute Qualität an Echosignalen zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Feldstärke des durch die HF-Spulenanordnung erzeugten Wechselfeldes im Untersuchungsbereich möglichst homogen ist. In Abhängigkeit von der Feldstärkestärke des stationären magnetischen Polarisationsfeldes B₀ sowie der Größe, Orientierung und Beschaffenheit der zu untersuchenden Probe stehen zur Erzeugung des Wechselfeldes unterschiedliche HF-Spulenanordnungen zur Verfügung, wobei grundsätzlich zwischen Volumen- und Oberflächenspulenanordnungen unterschieden wird. Die meisten Volumenspulen sind zylinderförmig ausgebildet und weisen einen kreisförmigen oder elliptisch geformten Spulenquerschnitt auf, der längs einer Achse beidseitig offen mündet. Typische im Einsatz befindliche Volumenspulen sind so genannte Solenoid-, Sattel- oder Birdcage-Spulen, in deren durch die Spulenwicklungen umfasstes Spulenvolumen eine zu untersuchende Probe lediglich längs einer Achse einbringbar ist. Damit ist die Größe der zu untersuchenden Probe auf den Durchmesser bzw. auf die größte Halbachse der Spulenanordnung begrenzt.
In Fällen, in denen es nicht möglich ist, eine HF-Spulenanordnung um die zu untersuchende Probe zu konstruieren, werden Oberflächenspulen eingesetzt, die jedoch aufgrund ihrer Geometrie eine relativ geringe Homogenität des elektromagnetischen Wechselfeldes besitzen, eine Eigenschaft, die sich negativ auf die Signalqualität der mit der Empfangsspulenanordnung erfassten Echosignale auswirkt, die es gilt, zur bildlichen Darstellung zu bringen. Insbesondere die Untersuchung von großvolumigen Proben kann mit den derzeit verfügbaren HF-Spulenanordnungen, die sowohl zum Aussenden hochfrequenter Wechselfelder als auch für den Empfang entsprechender HF-Wechselfelder ausgelegt sind, nicht oder nur mit unbefriedigender Signalqualität durchgeführt werden.
Die EP 0 281 787 A1 beschreibt einen Oberflächenresonator für Kernspin-Resonanzgeräte, die zur Untersuchung des menschlichen Körpers konzipiert sind. Der in dieser Druckschrift beschriebene, als Oberflächenspule eingesetzte Oberflächenresonator soll einer verbesserten Detaildarstellung von Körperbereichen dienen, ohne dass dabei Transformationsverluste innerhalb des Kernspin-Resonanz-Gerätes in Kauf genommen werden müssen. Es wird vorgeschlagen, mit radialem Abstand zueinander, zwei Windungen längs eines Rings mit radialem Abstand zueinander anzuordnen. Die beiden Windungen sind über je eine Reihenschaltung über je zwei Kondensatoren miteinander verbunden.
Die JP 2005-055218 AA beschreibt eine Sende- und Empfangsspule für kernresonanztechnische Untersuchungen an einem Objekt, nämlich in Form eines gepulst betriebenen Kernquadrupol-Resonator mit einer konisch ausgebildeten Spule, deren Spulendurchmesser sich graduell in Richtung des zu untersuchenden Objektes verkleinert.
Schließlich ist in der JP 2004-201 756 AA ein Bildgebendes Magnetresonanzsystem, insbesondere zur Aufnahme von Teilen des menschlichen Körpers beschrieben, das zwei axial voneinander beabstandete Spulenpaare vorsieht. Die Spulenpaare weisen ganz offensichtlich unterschiedliche Spulendurchmesser auf. Sinn und Zweck der Anordnung ist jedoch je nach abzubildendem Bildausschnitt die einzelnen Spulen mit Hilfe eines entsprechenden Schaltwerkes einzeln anzusteuern, je nach dem, ob das kleiner dimenisonierte Spulenpaar oder das größer dimensionierte Spulenpaar zur Bilddarstellung aktiviert werden soll.
Schließlich ist der US 2999978 eine Spulenanordnung zur Durchführung von Magnetresonanz-Untersuchungen an blattartigen Prüfobjekten zu entnehmen, die ein jeweils mit entgegen gesetzter Stromrichtung betreibbares Spulenpaar vorsieht, von dem jeder Spulenteil eine sich axial konisch erweiternde Spulengeometrie aufweist. Beide Spulenteile stehen sich koaxial mit ihrem jeweils kleinsten Spulendurchmesser beabstandet gegenüber und erzeugen in einer gemeinsamen Mittenebene, in der das zu untersuchende blattartige Prüfkörper positionierbar ist, ein orthogonal zur Spulenachse orientiertes Wechselfeld.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende- und Empfangsspulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das innerhalb einer Probe in Überlagerung mit einem stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ zur Durchführung einer NMR-Untersuchung an der Probe bringbar ist, sowie zum Empfang von mit innerhalb der Probe induzierten kernresonanten Prozessen korrelierten Messsignalen, wobei wenigstens ein erstes Spulenpaar mit zwei Spule vorgesehen ist, die einen axialen lichten Zwischenraum begrenzen, derart weiterzubilden, dass Proben im Mikrometer-Maßstab im Rahmen einer NMR-Untersuchung analysiert werden können. Zudem soll es möglich sein, die Probe während der Untersuchung visuell zu beobachten und/oder weitere Manipulationen an der Probe selbst vorzunehmen.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 und 3 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung, insbesondere in Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Lösungsgemäß zeichnet sich die Sende- und Empfangsspulenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch aus, dass die Spulen jeweils eine zylinder- oder kegelförmige Gestalt aufweisen und längs einer gemeinsamen Zylinder- oder Kegelachse axial voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass die Probe senkrecht zur Zylinder- oder Kegelachse in den Zwischenraum einbringbar ist, und dass die beiden Spulen Spulenwicklungen vorsehen, die gleichsinnig bestrombar sind. Im Falle der Ausbildung der Spulen als Kegel- oder Kegelstumpf-Spulen, weisen jene Spulenbereiche, die längs der Kegelachse einander zugewandt ausgerichtet sind, einen kleinsten Spulendurchmesser auf und im Falle der Ausbildung der Spulen als Zylinderspulen sind die Spulen jeweils als Solenoidspule ausgebildet, d. h. weisen einlagig längs zur Zylinderachse nebeneinander angeordnete Spulenwicklungen auf. Ferner ist wenigstens ein zweites Spulenpaar vorgesehen, mit zwei Spulen, die jeweils einen größeren Spulendurchmesser aufweisen als die Spulendurchmesser der zwei Spulen des ersten Spulenpaares, wobei die Spulen des zweiten Spulenpaares jeweils längs der Zylinderachse dem lichten Zwischenraumes abgewandt an den Spulen des ersten Spulenpaares unmittelbar angrenzend angeordnet sind. In beiden vorstehend genannten Fällen weisen die Spulen einen Spulenwicklungsdurchmesser im μm-Bereich von wenigstens 10 μm auf. Zudem ist wenigstens eine Spule eines Spulenpaares axial verschiebbar angeordnet. Schließlich ist zumindest im Falle einer zylinderförmigen Spulenausbildung wenigstens ein Spulenpaar derart zum stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ ausgerichtet, dass das Polarisationsfeld B₀ die Zylinderachse senkrecht schneidet.
Zylinderförmig ausgebildete Solenoid-Spulenpaare vermögen in deren axialseits miteinander eingeschlossenen, lichten Zwischenraum ein homogenes Wechselfeld zu erzeugen. In den Zwischenraum kann eine zu untersuchende Probe parallel zur Spulenebene bzw. senkrecht zur Spulenachse eingebracht werden. Mit einer derartigen Spulenanordnung, die einen zirkular frei zugänglichen Zwischenraum begrenzt, können Proben untersucht werden, die den sich zwischen beiden Einzelspulen des Spulenpaares axialwärts erstreckenden lichten Zwischenraum radialwärts überragen. Der wesentliche Aspekt der Sende- und Empfangsspulenanordnung betrifft die Eigenschaft, dass innerhalb des lichten Zwischenraumes zwischen beiden Spulen ein ausgeprägt homogenes elektromagnetisches HF-Wechselfeld vorherrscht, das das Messvolumen innerhalb der zu untersuchenden Probe bestimmt, obgleich das gesamte Probenvolumen weit größer sein kann als das durch das Spulenpaar vorgegebene Messvolumen.
Um die Homogenität des HF-Wechselfeldes zu verbessern, insbesondere ein homogenes Wechselfeld auch in radial randnahen Bereichen des lichten Zwischenraumes zu erhalten, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor, Spulen mit wenigstens zwei Spulenwicklungen mit unterschiedlichen Wicklungsdurchmessern vorzusehen, wobei jeweils jene Spulenwicklungen, die den kleinsten Wicklungsdurchmesser aufweist, dem lichten Zwischenraum am nächsten zugewandt, wohingegen Spulenwicklungen mit größer werdendem Spulenquerschnitt entsprechend axial vom lichten Zwischenraum weiter beabstandet angeordnet werden.
Eine weitere alternative Ausführungsform für eine lösungsgemäß ausgebildete Sende- und Empfangsanordnung sieht die Verwendung von zwei sich axial gegenüberliegend angeordneten Kegelstumpfgeometrien vor, deren Geometriebereiche mit jeweils dem kleinsten Durchmesser längs der Kegelachse einander zugewandt ausgerichtet sind und deren kegelstumpfförmig ausgebildete Manteloberfläche jeweils einlagig mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Spulenwicklungen umwickelt ist. Die kegelstumpfartig ausgebildeten Solenoid-Spulen vermögen innerhalb des von beiden Spulen axial begrenzten lichten Zwischenraumes ein ausgeprägt homogenes Wechselfeld zu erzeugen, mit dem es möglich ist NMR-Untersuchungen an Proben mit besonders ausgezeichneten Signalqualitäten zu realisieren. Es liegt auf der Hand, dass die axiale Ausrichtung des Spulenpaars relativ zum magnetischen Polarisationsfeld B₀ so vorzunehmen ist, dass die Kegelstumpfachse die Feldlinien des magnetischen statischen Polarisationsfeldes B₀ senkrecht schneidet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Sende- und Empfangsspulenanordnung sieht mehrere Spulenpaare vor, die längs einer Zylinderachse angeordnet sind. Die Spulenpaare weisen jeweils Solenoid-Zylinderspulen auf, deren Spulendurchmesser zwischen den einzelnen Spulenpaaren unterschiedlich groß ausgebildet sind. So sind die Spulen eines ersten Spulenpaars mit dem kleinsten Spulendurchmesser längs einer Zylinderachse beabstandet zueinander angeordnet, die einen lichten Zwischenraum begrenzen, der dem Probenuntersuchungsraum entspricht. Axial den Einzelspulen des ersten Spulenpaars unmittelbar, dem lichten Zwischenraum abgewandt benachbart, sind Spulen eines zweiten Spulenpaares mit einem größeren Spulendurchmesser angeordnet. Schließlich werden die Spulen des zweiten Spulenpaares von Spulen eines dritten Spulenpaares begrenzt, deren Spulendurchmesser entsprechend größer ausgebildet ist, als jener der Spulen des zweiten Spulenpaares. Selbstverständlich ist es möglich, weitere Spulenpaare längs der Zylinderachse anzuordnen, deren Spulendurchmesser mit zunehmendem axialem Abstand vom lichten Zwischenraum jeweils stufenweise zunimmt. Eine derartige Mehrfachspulenpaaranordnung mit stufenweise unterschiedlichen Spulendurchmessern von Spulenpaar zu Spulenpaar vermag gleichsam der vorstehend erläuterten Kegelstumpfspulenanordnung ausgezeichnete Wechselfeldhomogenitäten innerhalb des lichten Zwischenraumes, der von jeweils dem Spulenpaar mit dem kleinsten Spulendurchmesser begrenzt wird, zu erzeugen.
Ein weiteres, die Handhabung der lösungsgemäßen Sende- und Empfangsspulenanordnung verbesserndes Merkmal sieht vor, wenigstens eine Spule bzw. Spulenanordnung relativ zum lichten Zwischenraum axial verschieblich auszubilden. Durch die axiale Verschiebbarkeit wenigstens einer Spule bzw. Spulenanordnung kann der Abstand zwischen den Spulen eines oder mehrerer Spulenpaare fein dosiert variiert werden, um auf diese Weise eine Optimierung hinsichtlich der Homogenität des elektrischen Wechselfeldes innerhalb des lichten Zwischenraumes durchzuführen. Zum anderen erlaubt eine entsprechende Möglichkeit zur Beabstandung der Spulen jeweils eines Spulenpaares ein erleichtertes Einführen einer Probe in den lichten Zwischenraum bzw. eine erleichterte Handhabung der Probe.
Durch die radial offene Konstruktion der Spulenpaaranordnung in Bezug zur Zylinder- oder Kegelachse eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, radial um die Probe weitere Messinstrumente zur zeitgleichen Untersuchung bzw. Beobachtung der Probe anzubringen, während die Probe im Rahmen der NMR-Untersuchung analysiert wird. Beispielsweise können zur weiteren Untersuchung optische sowie auch schallakustische Messapparaturen um das radial offene Probenuntersuchungsvolumen positioniert werden, beispielsweise zur Beeinflussung der Probe durch externe Zuleitungen, wie beispielsweise Nährmedien, Strom, Heizung, Druck, Gas, mechanische Spannungen bzw. mechanischer Stress und vieles mehr.
Die lösungsgemäße Sende- und Empfangsspulenanordnung eignet sich in bevorzugter Weise für den Einsatz in der pharmazeutischen und chemischen Industrie, beispielsweise zur Qualitätskontrolle von Stoffen und Substanzen. Auch sind vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Biotechnologie, der Materialprüfung, in der Medizin, in der Lebensmitteltechnologie und sonstigen Bereichen denkbar, in denen Echtzeitbeobachtungen von Prozessen sowie deren Änderung durch externe Beeinflussung von Interesse sind.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 eine Mehrfachspulenpaaranordnung in Form von Solenoid-Spulen zur Probenuntersuchung sowie
2 eine schematisierte Darstellung eines kegelstumpfartig ausgebildeten Spulenpaares.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1 zeigt einen schematisierten Längsschnitt durch eine Sende- und Empfangsspulenanordnung, die aus drei Spulenpaaren S1, S2 und S3 in der dargestellten Weise zusammengesetzt ist. Die einzelnen Spulen der Spulenpaare S1 bis S3 sind als zylinderförmige Solenoid-Spulen ausgebildet, d. h. sie weisen einen zylinderförmigen Umfangsmantel auf, der einlagig von Spulenwicklungen mit jeweils konstantem Spulendurchmesser umwickelt ist. Sämtliche Spulen sind längs einer gemeinsamen Zylinderachse A koaxial zueinander angeordnet. Die Spulen der Spulenpaare S1, S2 und S3 weisen jeweils unterschiedlich groß ausgebildete Spulendurchmesser d1, d2 und d3 auf, wobei das Spulenpaar S1 das axial beabstandet gegenüberliegend einen lichten Zwischenraum 1, zumindest axialseitig begrenzt, den kleinsten Spulendurchmesser d1 vorsieht. Der lichte Zwischenraum 1 zwischen dem innersten Spulenpaar S1 ist radialseits frei zugänglich, so dass eine Probe 2 von oben, von der Seite oder von unten in den lichten Zwischenraum 1 der Spulenanordnung eingebracht werden kann. Die schematisierte Darstellung gemäß 1 macht deutlich, dass die Probengröße der Probe 2 sehr viel größer ausgebildet sein kann, als der tatsächlich durch den lichten Zwischenraum 1 vorgegebene Untersuchungsbereich, in dem sich ein homogenes elektromagnetisches Wechselfeld ausbildet. Die Spulenanordnung in der in 1 dargestellten Weise ist gegenüber einem stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ derart orientiert, dass die Magnetfeldlinien B₀ die Zylinderachse A und somit die sich im lichten Zwischenraum 1 ausbildenden elektromagnetischen Wechselfeldlinien H senkrecht schneidet.
Zur Verbesserung der Homogenität des sich innerhalb des lichten Zwischenraumes 1 ausbildenden elektromagnetischen Wechselfeldes H sowie die damit verbundene Verbesserung der Messempfindlichkeit bei der Durchführung einer NMR-Untersuchung dienen die weiteren Spulenpaare S2 und S3, die jeweils über unterschiedlich groß dimensionierte Spulendurchmesser d2 und d3 verfügen.
Selbstverständlich ist es möglich, weitere Spulenpaare in der dargestellten Weise axial angrenzend an das dritte Spulenpaar S3 vorzusehen.
In vorteilhafter Weise ist jeweils eine Spule eines Spulenpaares (im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils die rechten Spulen) axial beweglich zur Achse A ausgebildet (siehe Pfeildarstellung), so dass die axiale Erstreckung des lichten Zwischenraumes 1 zur Bestückung der Messanordnung mit der Probe 2 sowie auch zur Feinabstimmung der geometrischen Anordnung hinsichtlich einer Optimierung der Homogenität des sich im lichten Zwischenraum 1 ausbildenden elektromagnetischen Wechselfeldes variiert werden kann.
Eine alternative Ausgestaltungsform der lösungsgemäßen Sende- und Empfangsspulenanordnung ist in 2 gezeigt. In diesem Fall stehen sich längs der Achse A zwei kegelstumpfartig ausgebildete Spulenkörper 3, 4 gegenüber, deren Spulenbereiche mit kleinsten Spulendurchmesser axial beabstandet unmittelbar gegenüberstehen. Die kegelstumpfartig ausgebildeten Spulengeometrien sind jeweils einlagig mit Spulenwicklungen in der darstellten Weise umgeben und vermögen mit entsprechend gleichsinniger Bestromung in dem von beiden Spulen eingegrenzten lichten Zwischenraum 1 ein homogenes elektromagnetisches Wechselfeld H zu erzeugen. Auch in diesem Fall ist der lichte Zwischenraum 1 radialseits frei zugänglich, so dass sich Proben 2 verschiedenster Geometrie und solche, die größer sind, als der kleinste Durchmesser der kegelstumpfartig ausgebildeten Spulen im Wege einer NMR-Untersuchung analysieren lassen.
Die vorgeschlagene offene Konstruktion der Spulenanordnung ermöglicht somit eine leichte Ankopplung weiterer Messinstrumente zur parallelen Beobachtung der Probe mit Hilfe beispielsweise von Ultraschall, optischer Laser-Mikroskopie etc. Ebenso ist es möglich die Probe während der NMR-Untersuchung durch entsprechende externe Zuleitungen oder Änderung von Parametern zu beeinflussen, beispielsweise mittels entsprechender Nährmedien, Strom, Heizung, Druck, Gase, mechanische Spannungen bzw. mechanischer Stress und vieles mehr.
Je nach Anwendungsfall lässt sich die lösungsgemäß ausgebildete Sende- und Empfangsspulenanordnung in der Größe skalierbar ausbilden. Insbesondere zu Untersuchungszwecken im Bereich der Biotechnologie eignen sich Spulengrößen im Mikrometer-Maßstab, um beispielsweise einzelne Zellen sowie deren Reaktion auf bestimmte äußere Umgebungsbedingungen studieren zu können. So eignen sich Einzelspulendurchmesser im Hinblick auf die in 1 gezeigte Ausführungsform von 10 μm, 20 μm und 30 μm für die unterschiedlich groß ausgebildeten Spulenpaare S1 bis S3. Darüber hinaus kann die lösungsgemäße Spulenanordnung in der pharmazeutischen und chemischen Industrie, beispielsweise zu Qualitätskontrollen, eingesetzt werden.

1: Lichter Zwischenraum
2: Probe
3, 4: Kegelstumpfspule
S1: Spulenpaar mit kleinstem Spulendurchmesser
S2: Spulenpaar mit mittlerem Spulendurchmesser
S3: Spulenpaar mit größtem Spulendurchmesser A
A: Zylinderachse
d1: Spulendurchmesser des Spulenpaares S1
d2: Spulendurchmesser des Spulenpaares S2
d3: Spulendurchmesser des Spulenpaares S3
B₀: stationäres magnetisches Polarisationsfeld
H: elektromagnetisches Wechselfeld

Claims

Sende- und Empfangsspulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das innerhalb einer Probe (2) in Überlagerung mit einem stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ zur Durchführung einer NMR-Untersuchung an der Probe (2) bringbar ist, sowie zum Empfang von mit innerhalb der Probe (2) induzierten kernresonanten Prozessen korrelierten Messsignalen, wobei ein erstes Spulenpaar mit zwei Spulen vorgesehen ist, die einen axialen lichten Zwischenraum (1) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen jeweils eine zylinderförmige Gestalt aufweisen und längs einer gemeinsamen Zylinderachse axial voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass die Probe (2) senkrecht zur Zylinderachse in den Zwischenraum (1) einbringbar ist, dass die beiden Spulen Spulenwicklungen vorsehen, die gleichsinnig bestrombar sind, dass die Spulen jeweils als Solenoidspule ausgebildet sind, d. h. einlagig längs zur Zylinderachse nebeneinander angeordnete Spulenwicklungen aufweisen und dass wenigstens ein zweites Spulenpaar (S2) vorgesehen ist, mit zwei Spulen, die jeweils einen größeren Spulendurchmesser aufweisen als die Spulendurchmesser der zwei Spulen des ersten Spulenpaares (S1), und dass die Spulen des zweiten Spulenpaares (S2) jeweils längs der Zylinderachse dem lichten Zwischenraum (1) abgewandt an den Spulen des ersten Spulenpaares (S1) unmittelbar angrenzen, dass wenigstens eine Spule eines Spulenpaares axial verschiebbar angeordnet ist, dass die Spulen des ersten Spulenpaares (S1) einen Spulenwicklungsdurchmesser im μm-Bereich von wenigstens 10 μm aufweisen.
Sende- und Empfangsspulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenpaare (S1, S2) derart zum stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ ausgerichtet ist, dass das Polarisationsfeld B₀ die Zylinderachse senkrecht schneidet.
Sende- und Empfangsspulenanordnung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das innerhalb einer Probe (2) in Überlagerung mit einem stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ zur Durchführung einer NMR-Untersuchung an der Probe (2) bringbar ist, sowie zum Empfang von mit innerhalb der Probe (2) induzierten kernresonanten Prozessen korrelierten Messsignalen, dass ein erstes Spulenpaar mit zwei Spulen vorgesehen ist, die einen axialen lichten Zwischenraum (1) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen jeweils eine kegelförmige Gestalt aufweisen und längs einer gemeinsamen Kegelachse axial voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass die Probe (2) senkrecht zur Kegelachse in den Zwischenraum (1) einbringbar ist, dass die beiden Spulen Spulenwicklungen vorsehen, die gleichsinnig bestrombar sind, dass die Spulen als Kegel- oder Kegelstumpf-Spulen (3, 4) ausgebildet sind und jene Spulenbereiche längs der Kegelachse einander zugewandt ausgerichtet sind, die einen kleinsten Spulendurchmesser aufweisen, dass wenigstens eine Spule eines Spulenpaares axial verschiebbar angeordnet ist, dass die Spulen des ersten Spulenpaares einen Spulenwicklungsdurchmesser im μm-Bereich von wenigstens 10 μm aufweisen, und dass das Spulenpaar derart zum stationären magnetischen Polarisationsfeld B₀ ausgerichtet ist, dass das Polarisationsfeld B₀ die Kegelachse senkrecht schneidet.
Sende- und Empfangsspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen jeweils wenigstens zwei Spulenwicklungen mit unterschiedlichen Wicklungsdurchmessern aufweisen.
Sende- und Empfangsspulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Spulenpaar (S3) mit zwei Spulen, die jeweils einen größeren Spulendurchmesser aufweisen als die Spulendurchmesser der zwei Spulen des zweiten Spulenpaares (S2), und dass die Spulen des dritten Spulenpaares (S3) jeweils längs der Zylinderachse dem lichten Zwischenraum (1) abgewandt an den Spulen des zweiten Spulenpaares (S2) unmittelbar angrenzen.
Sende- und Empfangsspulenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Spulenpaare in gleicher Weise an den bereits vorhandenen Spulenpaaren (S1, S2, S3) geordnet sind, wie im Falle der ersten drei Spulenpaare.
Sende- und Empfangsspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen eines Spulenpaars unter Maßgabe der Helmholtz-Bedingung l = 2 R ausgebildet und angeordnet sind, mit l = axialer Spulenwicklungsabstand und R = Spulenwicklungsradius.
Sende- und Empfangsspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Zwischenraum (1) senkrecht zur Zylinder- oder Kegelachse frei zugänglich ist, zur Einbringung der zu untersuchenden Probe (2) in den Zwischenraum (1) sowie zur modularen Anordnung wenigstens einer weiteren Messeinrichtung.