DE3045314C2

DE3045314C2 - Spinresonanz-Spektrometer

Info

Publication number: DE3045314C2
Application number: DE19803045314
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr. 5810 Witten-Heven Bergmann; Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. 4630 Bochum Dietrich; Bernd Dipl.-Chem. Fröhlich; Udo Dipl.-Chem. 4630 Bochum Günther
Original assignee: DIETRICH WOLFGANG DR 4630 BOCHUM DE
Current assignee: DIETRICH WOLFGANG DR 4630 BOCHUM DE
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DE3045314A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Spinresonanz-Spektrometer mit einer rotationssymmetrischen Meßanordnung, in der in getrennten konzentrischen Räumen zum einen die zu untersuchende, gegebenenfalls temperierbare Probensubstanz stationär und gegebenenfalls rotierbar und zum anderen wenigstens eine flüssige Stabilisierungssubstanz, insbesondere eine deuterierte oder fluorierte Substanz, enthalten sind, wobei die Stabilisierungssubstanz zur Stabilisierung des polarisierenden stationären Magnetfelds dient und die zur Erzeugung des hochfrequenten magnetischen Wechselfekies dienende HF-Spule um die Meßanordnung herum angeordnet ist.

Es sind Spinresonanz-Spektrometer bekannt, bei denen der Behälter für die Probensubstanzert zugleich auch die Stabilisierungssubstanzen enthält, die dabei teilweise auch als Lösungsmittel dienen und neben guten Lösungseigenschaften möglichst keine oder nur sehr kleine Signale im Bereich der Probensubstanzen aufweisen sollen. Diese Forderungen sind jedoch nicht immer erfüllbar. Darüber hinaus können bei biologischen Proben Unverträglichkeiten mit der dort üblichen Lösungs- und Stabilisierungssubstanz D₂O auftreten. Bei Systemen dieser Art ist die relativ teure Stabilisierungssubstanz nach einer Messung jeweils verloren, was unbefriedigend ist.

Bekannt sind auch Spinresonanz-Spektrometer, bei denen die Meßanordnung mit getrennten, konzentrischen Räumen für die Aufnahme der beideu-Substanzen ausgestattet ist. Ein Spinresonanz-Spektrometer mit einer Meßanordnung dieser Art zeigt beispielsweise die DE-OS 17 73 848. Bei diesem eingangs beschriebenen Spinresonanz-Spektrometer sind zwei zylindrische Probengefäße konzentrisch ineinandergesteckt, von denen das innere Gefäß die Stabilisieningssubstanz und -das äußere die Probensubstanzen aufnimmt Auch bei solchen Meßanordnungen mit zwei getrennten Räumen ist die Stabilisierungssubstanz nach einer Messung verloren. Weitere Nachteile ergeben sich dadurch, daß infolge der eng benachbarten Anordnung dieser beiden Substanzen die Stabilisierungssubstanz zwangsläufig die gleiche Temperatur hat wie die Probensubstanz. Daher ist es nicht ohne weiteres möglich, innerhalb der Stabilisierungssubstanz eine vorgegebene Temperatur einzuhalten, wenn während der Messung die Temperatur der Probeasubstanz variiert wird. In der Regel sind die elektrischen Schwingkreise wie der Meßkreis und der Stabilisierungskreis außen am Probenbehälter angeordnet, so daß auch diese zwangsläufig den Temperaturschwankungen der Probensubstanz unterliegen. Soweit ein Entkopplerkreis vorgesehen ist, kann hierdurch eine zusätzliche Aufheizung der Stabilisierungssubstanz und damit auch der Probensubstanz verursacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spinresonanz-Spektrometer hinsichtlich seiner Meßanordnung so zu gestalten, daß bei getrennter Anordnung von Probensubstanz und Stabilisierungssubstanz diese in voneinander unabhängigen Räumen eng benachbart sind und zugleich gewährleistet it'., daß die Stabilisierungssubstanz nach einer Messung nicht verloren ist, sondern für weitere Messungen zur Verfügung steht.

Bei einem Spinresonanz-Spektrometer in der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der äußere der getrennten konzentrischen Räume die Stabilisierungssubstanz enthält und Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr der Stabilisierungssubstanz aufweist und über diese Anschlüsse mit einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf mit einer Umwälzeinrichtung verbunden ist.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Meßanordnung baulich so ausgebildet sein, daß dsr äußere der beiden konzentrischen Räume entweder aus einem den inneren Raum koaxial umschließenden Mantel, an dem in der Nähe seiner axialen Enden etwa tangential verlaufende Rohrstutzen angebracht sind, oder aus einer den inneren Raum umgebenden Rohrwendel gebildet ist.

Einer der Hauptvorteile der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Anwendung und Führung der Stabilisierungssubstanz in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf die Unverlierbarkeit dieser Substanz gewährleistet. Die unmittelbare Nachbarschaft der beiden Substanzen innerhalb der Meßanordnung bietet die Gewähr dafür, daß die Stabilisierungssubstanz wie bei herkömmlichen Systemen mit zwei in sich abgeschlossenen Aufnahmeräumen den gewünschten Stabilisierungszweck gleich

gut erfüllen kann. Auch bietet die Anwesenheit der Stabilisierungssubstanz und deren Beeinflussung innerhalb der Kreislaufführung die Möglichkeit zur Aufnahme von Eichspektren ohne die gleichzeitige Anwesenheit einer Probensubstanz.

Zur Beeinflussung der Temperatur der Stabilisierungssubstanz ist es zweckmäßig, im Kreislauf derselben einen Wärmetauscher anzuordnen und Einrichtungen zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur des im Kreislauf geführten Mediums vorzusehen. Auf diese Weise kann die Temperatur der Stabilisierungssubstanz in der Meßanordnung unabhängig von der Temperatur der Probensubstanz beeinflußt und damit zugleich auch die Stabilisierungssubstanz dazu benutzt werden, Wärme aus dem System abzuführen, die beispielsweise durch die Anwesenheit der elektrischen Einrichtungen zugeführt wird. Ebenso können Temperaturänderungen der Stabilisierungssubstanz infolge Veränderung der Temperatur der Probensubstanz und/oder infolge des Einflusses von HF-Spulen starker Leistung kompensiert werden. Meßfehler durch unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten können so auf einfache Weise vermieden werden.

Wenn die HF-Spule den inneren Probenraum möglichst eng umgeben soll, ist es zweckmäßig, die Windungen zwischen den beiden konzentrischen Räumen anzuordnen. Ebensogut können die Windungen der HF-Spule die beiden Meßräume außen umschließen.

Es ist auch denkbar, die Stabilisierungssubstanz in axialer Richtung in bezug auf die Meßanordnung innerhalb des äußeren Raumes zu führen. Hierbei muß allerdings sichergestellt sein, daß durch die Einwirkung der Magnetfelder während der Bewegung der Stabilisierungssubstanz diese ausreichend homogenisiert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform einer Meßanordnung, bei der der äußere konzentrische Raum aus einem den inneren Raum koaxial umschließenden Mantel gebildet ist,

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der der äußere Raum aus einer Rohrwendel gebildet ist,

Fig.3 einen Querschnitt der Meßanordnung in der Ebene der Linie 1-1 der F i g. 1 und

F i g. 4 einen Querschnitt der Meßanordnung in der Ebene der Linie Il-Ii der F i g. 3.

In der Zeichnung ist eine aufrechtstehende rohrförmige Meßzelle 1 eines Spinresonanz-Spektrometers bekannter Bauart dargestellt. Diese Meßzelle 1 besteht beispielsweise aus Glas, Keramik oder dergleichen und enthält einen mittleren Abschnitt, einen oberen Abschnitt mit größerem und einen unteren. Abschnitt mit kleinerem Querschnitt. Von oben ist in die Meßzelle 1 ein Probengefäß 2 in der Gestalt eines Reagenzglases eingesetzt, welches durch geeignete Einrichtungen um seine Längsachse drehbar gelagert ist und während der Messung in Rotation versetzt wird. Das Probengefäß 2 enthält die zu untersuchende Probensubstanz, die in

to diesem Fall stationär im Meßsystem enthalten ist

Durch die Meßzelle 1 wird ein Temperiermedium, z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit, hindurchgelettet, welches dazu dient, die Temperatur der Probensubstanz zu variieren.

Im Meßbereich ist die Meßzelle 1 von einem Mantel 3 koaxial umschlossen, der mit der Wandung der MeßzeUe 1 eine Ringkammer 4 bildet In der Nähe der axialen Enden des Mantels 3 sind an diesem in die Kammer 3 mündende tangential verlaufende Rohrstutzen 5, 6 für die Zu- und Abfuhr der Stabilisierungssubstanz angebracht Die tangential Einleitung der flüssigen Stabilisierungssubstanz bewirkt, daß in der Kammer 4 eine angenäherte KreisstrOmung um das Probenröhrchen t herum entsteht

Für die Führung der Stabilisierungssubstanz in einem geschlossenen Kreislauf sind an die Rohrstutzen 5, 6 über Leitungen 7, 8 eine Umwälzpumpe 9 und ein Wärmetauscher 10 angeschlossen. Dieser Kreislauf kann weitere Einrichtungen wie Ventile, Druckbehälter und dergleichen enthalten. Der Wärmetauscher 10 ist mit einer nicht dargestellten Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Stabilisierungssubstanz ausgestattet

Das hochfrequente Magnetfeld erzeugt eine HF-Spu-

Ie ί I, deren Windungen bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel außen auf dem Mantel 3 angebracht sind. Ebensogut können die Windungen auch innerhalb der Kammer 4 auf der Wandung der Meßzelle 1 sich befinden, wobei dann für die Anschlüsse geeignete

Durchführungen in dem Mantel 3 vorzusehen sind

Fig.2 zeigt die Anwendung einer die Meßzelle 1 umgebenden und an der Wandung derselben anliegenden Rohrwendel 12 zur Aufnahme und Führung der Stabilisierungssubstanz. Die Enden der Rohrwendei 12 werden in gleicher Weise wie die Rohrstutzen 5,6 über Leitungen mit den für die Bildung eines geschlossenen Kreislaufs vorgesehenen Einrichtungen verbunden. Bei dieser Ausführungsform sind die Windungen der HF-Spule 13 außen auf der Wandung der Meßzeile 1 angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spinresonanz-Spektrometer mit einer rotationssymmetrischen Meßanordnung, in der in getrennten konzentrischen Räumen zum einen die zu untersuchende, gegebenenfalls temperierbaire Probensubstanz stationär und ggf. rotierbar iind zum anderen wenigstens eine flüssige Stabilisieramgssubstanz, insbesondere eine deuterierte oder fluorierte Substanz, enthalten sind, wobei die Stabilisierungssubstanz zur Stabilisierung des polarisierenden stationären Magnetfelds dient und die zur Erzeugung des hochfrequenten magnetischen Wadbselfeldes dienende HF-Spule um die Meßanordnung herum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere der gelrennten konzentrischen Räume (4; 12) die Stabilisiertingssubstanz enthält und Anschlüsse (5, 6) für die Zu- und Abfuhr der Stabilisierungssubstanz aufweist und über diese Anschlüsse mit einem geschlossenen FIüssigkeQs&reislauf (J, S) mit einer Umwälzeinrichtung (9) verbunden ist.

2. Spinresonanz-Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (4) aus einem den Probenraum (2) koaxial umschließenden Mantel (3) gebildet ist, an dem in der Nähe seiner axialen Enden etwa tangential verlaufende Rohrstutzen (5,6) angebracht sind.

3. Spinresonanz-Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum {12) aus einer den Probenraum (2) umgebenden Rohrwendel gebildet ist

4. Spinresonanz-Spektroisiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitskreislauf der Stabifeierungssubitanz ein Wärmetauscher (10) angeordnet ist und daß Einrichtungen zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur der Stabilisierungssubstanz vorgesehen sind.

5. Spinresonanz-Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der HF-Spule (11; 13) zwischen dem Probenraum (2) und dem äußeren Raum (4; 12) angeordnet sind.