JP2003035759A - 多重共鳴用ｎｍｒプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多重共鳴において１台のプローブで多くの核種
に対応することのできる多重共鳴用ＮＭＲプローブを提
供する。 【解決手段】ＮＭＲプローブ多重同調回路２１は、単独
のサンプルコイルＬ_Sの一端側にＨＦ入出力ポート２
２、第１および第３リアクタンスエレメント３５,４２
が接続されるとともに、サンプルコイルＬ_Sの他端側に
ＬＦ入出力ポート２６、第２リアクタンスエレメント３
８が接続される回路構成となっている。各リアクタンス
エレメントは着脱可能に装着されており、試料の多数の
核種の周波数に対応して予め用意されている。そして、
測定する試料の核種に対応したリアクタンスエレメント
を選択して、それぞれ、対応する場所に装着する。これ
により、１台の多重共鳴用ＮＭＲプローブで多数の核種
に対応することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴（以
下、ＮＭＲともいう）装置に用いられる多重共鳴用ＮＭ
Ｒプローブの技術分野に属し、特に、ＮＭＲプローブ多
重同調回路の素子間にチップ状素子を挿入することによ
り、種々の仕様のＮＭＲプローブ多重同調回路に対応し
て使用可能な多重共鳴用ＮＭＲプローブの技術分野に属
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＭＲ装置はその重要な構成要素の１つ
としてＮＭＲプローブを備えているが、このＮＭＲプロ
ーブはサンプルコイルとこのサンプルコイルと組み合わ
される同調回路とを備え、静磁場内に配置された試料に
高周波パルスを照射するとともにこの照射により試料か
ら発生するＮＭＲ信号を検出し、検出したＮＭＲ信号を
フーリエ変換等の処理を行ってＮＭＲスペクトルを得て
いる。

【０００３】このようなＮＭＲプローブとして、サンプ
ルコイルに対して照射系の比較的高い高周波の周波数、
観測系の比較的低い高周波の周波数、および磁場のドリ
フトを避けるために採用されるＮＭＲ−ＬＯＣＫ（ＮＭ
Ｒロック）系の高周波の周波数が互いに異なるように設
定されたＮＭＲプローブ多重同調回路を備えた多重共鳴
用ＮＭＲプローブが開発されている。

【０００４】図１５は、従来の多重共鳴用ＮＭＲプロー
ブの一例におけるＮＭＲプローブ多重同調回路を示す図
である。図中、２１はＮＭＲプローブ多重同調回路、２
２は比較的高い周波数ｆ１の高周波が入力されるＨＦ
（高周波）入出力ポート、２３はＨＦ高周波の波長λの
１／４（λ／４）の波長を有するヘリカル共振器、２４
はＨＦ同調用バリコン、２５はＨＦ整合用コンデンサ、
２６は比較的低い周波数ｆ２の高周波が入力されるＬＦ
入出力ポート、２７はＨＦ高周波の波長λのλ／４の波
長を有するヘリカル共振器、２８はＬＦ同調用バリコ
ン、２９はＬＦ整合用コンデンサ、３０は周波数ｆ３の
ＮＭＲ−ＬＯＣＫ用高周波が入力されるＬＯＣＫ（ロッ
ク）入出力ポート、３１はＨＦリジェクタ、３２はＬＯ
ＣＫ同調用バリコン、３３はＬＯＣＫ整合用コンデン
サ、Ｌ１,Ｌ１００はサンプルコイルである。

【０００５】図１５に示すように、ＬＯＣＫ系は、一般
的には２Ｈ核の重化された溶媒を測定対象試料に入れて
（試料を重化溶媒に溶かしても同じ）、２Ｈ核でＮＭＲ
ロックをかけて信号の安定度と分解能の補償管理を行
う。ＬＯＣＫ入出力ポート３０からの入力は、ヘリカル
共振器２３があるため、その構成によるインダクタンス
に近似したダミーコイルとサンプルコイルＬ１がなす見
かけのサンプルコイルに対してＬＯＣＫ同調用バリコン
３２、ＬＯＣＫ整合用コンデンサ３３等でチューニング
をとるようになっている。

【０００６】また、ＨＦ系は、一般的には１Ｈ核を想定
するが、ときには１９Ｆ核も想定する。ＨＦというテク
ニックを使って、その核種での観測の場合と炭素核につ
ながる水素核などの結合を見る。ＨＦ入出力ポート２２
からの入力は、サンプルコイルＬ１のＨＦ同軸共振器２
３により動作してＨＦ同調用バリコン２４、ＨＦ整合用
コンデンサ２５等でチューニングをとっている。

【０００７】更に、ＬＦ系は、一般的には炭素核を想定
するが、リン核、酸素核、珪素核、窒素核なども想定す
る。分極移動や照射というテクニックを使って、その核
種での観測の場合と水素核につながるその核などの結合
の相関を見る。ＬＦ入出力ポート２６からの入力は、サ
ンプルコイルＬ１００に対してＬＦ同調用バリコン２
８、ＬＦ整合用バリコン２９等でチューニングをとって
いる。そして、それぞれの周波数の合わせ込みは、２つ
のサンプルコイルＬ１,Ｌ１００につながる同調回路の
チューニングを合わせることで行う。

【０００８】図１６は、従来の多重共鳴用ＮＭＲプロー
ブにおけるＮＭＲプローブ多重同調回路の他の一例を示
す図である。なお、前述の図１５に示す例と同じ構成要
素には同じ符号を付している。また、図中、３４はＬＦ
リジェクトである。図１６に示すように、この例のＮＭ
Ｒプローブ多重同調回路におけるＨＦ系は、図１５に示
す例と同様に１Ｈ核を想定するが、ときには１９Ｆ核も
想定する。このＨＦ系においては、ＨＦ入出力ポート２
２からの入力は、サンプルコイルＬ２の両端のＨＦ同軸
共振器２３,２７により動作するＨＦ同調用バリコン２
４、ＨＦ整合用コンデンサ２５等でチューニングをとっ
ている。

【０００９】また、ＬＦ系は、１３Ｃの炭素核を想定す
る。このＬＦ系においては、ＬＦ入出力ポート２６から
の入力は、ＨＦ側にあるＨＦ共振器２３がＬＦ周波数で
接地しているので、ダミーコイルが入っているように見
える見かけのサンプルコイルに対してＬＦ側にあるＨＦ
共振器２７がなすキャパシタンス、ＬＦ同調用バリコン
２８、ＬＦ整合用バリコン２９等でチューニングをとっ
ている。

【００１０】更に、ＬＯＣＫ系も、図１５に示す例と同
様に２Ｈ核でＮＭＲロックをかけて信号の安定度と分解
能の補償管理を行う。このＬＯＣＫ系においては、ＬＦ
リジェクト３４があるため、その構成によるインダクタ
ンスに近似したダミーコイルとサンプルコイルＬ２がな
す見かけのサンプルコイルに対してＬＯＣＫ同調用バリ
コン３２、ＬＯＣＫ整合用バリコン３３等でチューニン
グをとっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１５に示
す従来例の多重共鳴用ＮＭＲプローブでは、３バンド以
上の周波数バンドを得るには、サンプルコイルを２個以
上（図示例ではＬ１,Ｌ１００）用意しなければならな
い。このため、サンプルコイルの数が多くなって多重同
調回路を効率よく構成することはできない。

【００１２】また、図１６に示す従来例の多重共鳴用Ｎ
ＭＲプローブでは、ＨＦ側に挿入されている同軸共振器
２３がＬＦ側回路から見ると、サンプルコイルＬ２にシ
リーズに入るインダクタンスとなっているため、ＬＦ側
からのエネルギはＨＦ側にリークしてしまう。言い換え
ると、ＬＦ側から投入したＲＦ電力は、その一部がＨＦ
側に流れてしまうため、効率のよいＬＦ側核種の９０°
パルス幅を与えない。したがって、ＬＦ側感度が低下し
てしまう。

【００１３】更に、リークしたＲＦ電力は、このような
感度の低下などの効率の問題ばかりでなく、多重共鳴用
ＮＭＲプローブにつながる周辺機器にも影響を及ぼすと
ともに、流れ込んだポートの増幅器に損傷を与える場合
もあり、更には、外部空間に伝播し、電磁障害を周辺に
及ぼす場合がある。

【００１４】その他に、３バンドが互いに結合している
ハイインピーダンス側のノードで考えると、互いにイン
ピーダンスが高いため、チューニングを合わせる過程で
負荷変動が起こり、互いに干渉し合う。更に、特に重要
なのはＬＦの周波数を変化させると、ＮＭＲロックの同
調がずれ、測定上最も重要な磁場の固定（＝スペクトル
の出る位置）が不安定になってしまうことである。

【００１５】更に、使い勝手では、ＬＦ側のチューニン
グを合わせるとＨＦ側のチューニングがずれてしまうの
で、再度、ＨＦ側のチューニングを合わせることになる
が、ＨＦ側のチューニングを合わせると、今度はＬＦ側
のチューニングがずれてしまうので、ＨＦ側およびＬＦ
側のチューニングを繰り返し合わせなければならなく、
いたちごっこになる不便さがあるとともに、最適な同調
に至らないため、性能が低下してしまう。

【００１６】更に、通常、多重共鳴用ＮＭＲプローブを
組み込んでチューニングを行うため、前述のような回路
構成上の損失やリーク（＝クロストーク）を容易に変更
したり、調整したりすることができない場合が多い。こ
のように、従来の多重共鳴では多くの核種に対応した多
くの周波数バンドを必要とするが、従来のような考え方
では限界があり、多くの核種に対応するにはそれらに専
用のプローブを用意しなければならなく、１台のプロー
ブでは多くの核種に対応することはできなかった。

【００１７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、多重共鳴において１台のプ
ローブで多くの核種に対応することのできる多重共鳴用
ＮＭＲプローブを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明の多重共鳴用ＮＭＲプローブは、
静磁場中にセットされた試料に、３バンド以上の多数の
異なる周波数の共鳴周波数の信号を照射し、それぞれ、
この照射信号に対応して核磁気共鳴現象により試料から
出力される共鳴周波数の信号を捉える多重共鳴用ＮＭＲ
プローブにおいて、単独のサンプルコイルと、３バンド
以上の多数の異なる周波数の信号に対応して設けられか
つ前記サンプルコイルに接続されて、それぞれ対応する
周波数の信号が入力されるポートと、着脱可能に装着さ
れ、それぞれのポートから入力される周波数の信号を前
記サンプルコイルへ通すように制御する、前記異なる周
波数と同数の着脱式のリアクタンスエレメントとを少な
くとも備えていることを特徴としている。

【００１９】また、請求項２の発明は、前記３バンド以
上の多数の異なる周波数が、少なくともＮＭＲ−ＬＯＣ
Ｋ信号の周波数、水素核またはフッ素核の周波数、およ
び炭素核を中心とするリン核未満の測定核種から窒素核
周辺域までの可変域を保有する周波数を少なくとも含ん
でいることを特徴としている。

【００２０】

【作用】このように構成された本発明の多重共鳴用ＮＭ
Ｒプローブにおいては、多数の核種に対応してリアクタ
ンスエレメントを予め用意しておく。そして、予め用意
されたリアクタンスエレメントの中から、測定する試料
の核種の周波数に応じたリアクタンスエレメントを適宜
選択し、選択したリアクタンスエレメントをプローブ本
体の対応する接続端子間に着脱可能に装着することで、
単独のサンプルコイルだけで測定する試料の多数の周波
数に応じた多重共鳴用ＮＭＲプローブが簡単に構成可能
となる。

【００２１】このように、多重共鳴において、多くの核
種に対応した周波数バンドに対して、リアクタンスエレ
メントをその周波数バンドに対応したリアクタンスエレ
メントに交換するだけで、１台の多重共鳴用ＮＭＲプロ
ーブで対応可能となる。

【００２２】また、ポートから入力される周波数の信号
がこの信号に対応するリアクタンスエレメントによりサ
ンプルコイルへ通すように制御されるので、信号のリー
クが防止される。これにより、効率が向上し、感度が向
上する。更に、サンプルコイルを更に追加することで、
３周波数バンド以上の多数の周波数バンドを更に追加可
能となり、より多くの周波数帯について観測可能とな
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。図１は本発明に係る多重共鳴
用ＮＭＲプローブが適用される多重共鳴用ＮＭＲ装置の
一例を模式的に示す図である。まず、本発明の多重共鳴
用ＮＭＲプローブが適用される多重共鳴用ＮＭＲ装置の
一例を簡単に説明する。

【００２４】図１に示すようにこの多重共鳴用ＮＭＲ装
置２００においては、試料３０を収容した試料管１をマ
グネット２の静磁場中にセットし、この試料３０に磁場
強度に応じた共鳴周波数のＲＦパルス信号を照射して核
磁気共鳴現象を起こさせる。その場合、ＲＦパルス信号
は、発振器１４からのＮＭＲパルス信号をその試料３０
の核種に対応して多くの周波数バンド（図示例では３バ
ンド；以下、３バンドで説明する）を、それぞれ、周波
数ｆ１に増幅する電力増幅器１３、周波数ｆ２に増幅す
る電力増幅器１５、周波数ｆ３に増幅する電力増幅器１
６で増幅し、入出力を切り替えるデュプレクサ９を介し
て多重共鳴用ＮＭＲプローブ４に入力することにより、
多重共鳴用ＮＭＲプローブ４からそれぞれ試料管１中の
試料３０に照射する。すると、試料３０はＮＭＲ現象に
より共鳴周波数のＮＭＲ信号を出力するので、そのＮＭ
Ｒ信号を多重共鳴用ＮＭＲプローブ４で捉える。

【００２５】このとき、試料３０をある所定温度で測定
する場合、多重共鳴用ＮＭＲプローブ４の温度をコンピ
ュータ７で制御される温度可変（以下、ＶＴとも表記す
る）装置５で可変制御するようになっている。

【００２６】そして、多重共鳴用ＮＭＲプローブ４で捉
えられた信号をデュプレクサ９により増幅器１０に送っ
て増幅した後、復調検波器１１でオーディオ周波数に変
換し、更に、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１２でデジタル信
号に変換する。そして、このデジタル信号をコンピュー
タ７に取り込み、コンピュータ７がこの信号を分析する
ことにより、試料３０を分析し、その分析結果を表示機
８に表示する。こうして、多重共鳴用ＮＭＲ装置により
物質の構造が調べられる。

【００２７】ところで、多重共鳴用ＮＭＲプローブ４の
中心部は、それぞれ固有の磁化率を有する種々の部品か
ら構成されており、これらの部品固有の磁化率が形成す
る磁場分布でマグネット２が作り出す静磁場分布が歪み
を受けるようになる。そこで、多重共鳴用ＮＭＲプロー
ブ４の中心部の各部品の形状構造および各部品の材料の
特性に基づいて、マグネット２による静磁場分布と各部
品による静磁場分布とからなるトータルの静磁場分布を
室温シム３で補正することで、トータルの静磁場マップ
の歪みを補正している。具体的には、ＮＭＲ ＬＯＣＫ
と呼ばれる、一般的には重水素核で置換された溶媒を、
測定する試料３０と一緒に試料管１に入れ、重水素核の
ＮＭＲ信号をモニタしてその強度が高まるように室温シ
ム３を調整することで、トータルの静磁場マップを補正
している。

【００２８】図２は、本発明に係る多重共鳴用ＮＭＲプ
ローブの実施の形態の一例におけるＮＭＲプローブ多重
同調回路を示す図である。なお、前述の図１５および１
６に示す構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付し
てその詳細な説明は省略する。図２に示すように、この
例の多重共鳴用ＮＭＲプローブ４のＮＭＲプローブ多重
同調回路２１では、図１６に示すＮＭＲプローブ多重同
調回路２１において同軸共振器２３,２７およびＬＦリ
ジェクタ３１,３４がそれぞれ設けられていなく、ま
た、図１６に示すＨＦ整合用コンデンサ２５がＨＦ整合
用バリコン２５に、図１６に示すＬＯＣＫ同調用バリコ
ン３２がＬＯＣＫ同調用コンデンサ３２に、図１６に示
すＬＯＣＫ整合用コンデンサ３３がＬＯＣＫ整合用バリ
コン３３に、それぞれ、変更されている。なお、図１６
にはサンプルコイルがＬ２で示されているが、本発明の
各例では、サンプルコイルはＬ_Sで示す。

【００２９】更に、この例のＮＭＲプローブ多重同調回
路２１では、サンプルコイルＬＳのＨＦ側に第１リアク
タンスエレメント３５が接続されている。この第１リア
クタンスエレメント３５は、コイル３６とコンデンサ３
７とを並列に配置した共振回路として構成されており、
この共振回路はコンデンサを介して接地されている。そ
して、この第１リアクタンスエレメント３５は図１６に
示す同軸共振器２３と同機能を有するように構成されて
いて、低い高周波信号ＬＦ^highは通すが、高い高周波信
号ＨＦは遮断するようになっており、更にＬＯＣＫ信号
を選択的に通すタンク回路として構成されている。

【００３０】また、サンプルコイルＬＳのＬＦ側に第２
リアクタンスエレメント３８が接続されている。この第
２リアクタンスエレメント３８は、コイル３９とコンデ
ンサ４０との並列回路にコンデンサ４１を直列に配置し
た共振回路として構成されており、この共振回路は、第
１リアクタンスエレメント３５の場合と同様にコンデン
サを介して接地されている。そして、第１リアクタンス
エレメント３５と同様にこの第２リアクタンスエレメン
ト３８は図１６に示す同軸共振器２３と同機能を有する
ように構成されていて、低い高周波信号ＬＦ^highは遮断
するが、高い高周波信号ＨＦは通すようになっており、
更にサンプルコイルＬ_SへのＬＯＣＫ信号の入力時には
接地される。

【００３１】更に、第１リアクタンスエレメント３５の
サンプルコイルＬＳ側と反対側には、第３リアクタンス
エレメント４２が接続されている。この第３リアクタン
スエレメント４２は、コイル４３とコンデンサ４４との
並列回路にコンデンサ４５を直列に配置した共振回路と
して構成されており、この共振回路は、ＬＯＣＫ同調用
コンデンサ３２を介して接地されているとともに、ＬＯ
ＣＫ整合用バリコン３３を介してロック入出力ポート３
０に接続されている。そして、この第３リアクタンスエ
レメント４２は図１６に示すＬＦリジェクト３４と同機
能を有するように構成されていて、低い高周波信号ＬＦ
^highは遮断するが、ＬＯＣＫ信号は通すようになってい
る。

【００３２】更に、ＨＦ入出力ポート２２とＨＦ整合用
バリコン２５との間には、ＨＦ信号のみを通す、高周波
信号を選択して通すＨＰＦ４６が配設されている。図２
（ｂ）に示すように、このＨＰＦ４６は、例えば直列接
続された一対のコンデンサ４７,４８との間がコイル４
９を介して接地された回路、またはコイル５０とコンデ
ンサ５１とが直列接続された回路で構成されている。こ
れらに限らず、ＨＰＦ４６の機能を有するものであれ
ば、他の回路構成を用いることができることは言うまで
もない。

【００３３】更に、サンプリングコイルＬ_Sと第２リア
クタンスエレメント３８との接続点よりＬＦ入出力ポー
ト２６側には、ＬＦ信号を通すがＨＦ信号は遮断するＢ
ＲＦ５２が配設されている。図２（ｃ）に示すように、
このＢＲＦ５２は、例えばコイル５３とコンデンサ５４
とが並列接続された回路で構成されている。これに限ら
ず、ＢＲＦ５２の機能を有するものであれば、他の回路
構成を用いることができることは言うまでもない。

【００３４】このように、この例のＮＭＲプローブ多重
同調回路２１は、周波数が３バンドの３重同調回路とし
て構成されている。図３（ａ）に示すように、このＮＭ
Ｒプローブ多重同調回路２１を模式的に示すと、単独の
サンプルコイルＬ_Sの一端側にＨＦ入出力ポート２２が
接続されるとともに、サンプルコイルＬ_Sの他端側にＬ
Ｆ入出力ポート２６が接続され、また、サンプルコイル
Ｌ_SのＨＦ入出力ポート側に第１リアクタンスエレメン
ト３５が接続されるとともに、この第１リアクタンスエ
レメント３５に第３リアクタンスエレメント４２が直列
に接続され、更に、第３リアクタンスエレメント４２に
ロック入出力ポート３０が接続され、更に、サンプルコ
イルＬ_SのＬＦ入出力ポート側に第２リアクタンスエレ
メント３８が接続される回路構成となっている。

【００３５】図４は、本発明の実施の形態の他の例にお
けるＮＭＲプローブ多重同調回路を示す、図２と同様の
図である。なお、前述の図１５および１６に示す構成要
素および図２に示す構成要素と同じ構成要素には、同じ
符号を付してその詳細な説明は省略する。

【００３６】前述の図２示す例では、互いに直列に接続
された第３リアクタンスエレメント４２が第１リアクタ
ンスエレメント３５を介してサンプルコイルＬ_SのＨＦ
入出力ポート側に接続されるようになっているが、図４
に示すようにこの例のＮＭＲプローブ多重同調回路２１
は、第１および第３リアクタンスエレメント３５,４２
がともにサンプルコイルＬ_SのＨＦ入出力ポート側に直
接接続されるようになっている。この例の他の構成は、
図１６に示す従来例と同様にＬＯＣＫ同調用バリコン３
２が用いられている以外は、図２に示す例と同じであ
る。

【００３７】この例のＮＭＲプローブ多重同調回路２１
も同様に３重同調回路として構成されており、その場
合、図３（ｂ）に示すように、サンプルコイルＬ_SのＨ
Ｆ入出力ポート側に第１および第３リアクタンスエレメ
ント３５,４０が直接接続されるとともに、サンプルコ
イルＬ_SのＬＦ入出力ポート側に第２リアクタンスエレ
メント３８が接続される回路構成となっている。

【００３８】図５は第１ないし第３リアクタンスエレメ
ント３５,３８,４２の構成要素の組合せの例を示す図で
ある。図５（ａ）に示す組合せの例は、前述の図２およ
び図４に示す例と同じである。また、同図（ｂ）に示す
組合せの例は、同図（ａ）において第１リアクタンスエ
レメント３５のコイル３６とコンデンサ３７との並列回
路にもう１つのコンデンサ５５を直列に接続した回路で
あり、また、第１リアクタンスエレメント３５の他の構
成要素、第２および第３リアクタンスエレメント３８,
４２はそれぞれ同図（ａ）と同じである。

【００３９】更に、同図（ｃ）に示す組合せの例は、同
図（ａ）において第１リアクタンスエレメント３５のコ
ンデンサ３７を削除するとともに、第２リアクタンスエ
レメント３５のコンデンサ４０を削除し、更に、第３リ
アクタンスエレメント４２のコンデンサ４５を削除した
回路であり、また、第１ないし第３リアクタンスエレメ
ント３５,３８,４２の他の構成要素はそれぞれ同図
（ａ）と同じである。更に、同図（ｄ）に示す組合せの
例は、同図（ｃ）において第３リアクタンスエレメント
４２にコンデンサ４５を同図（ａ）と同様に配設した回
路であり、また、第１および第２リアクタンスエレメン
ト３５,３８と第３リアクタンスエレメント４２の他の
構成要素はそれぞれ同図（ｃ）と同じである。更に、同
図（ｅ）に示す組合せの例は、同図（ｃ）において第２
リアクタンスエレメント３８にコンデンサ４１を削除し
た回路であり、また、第１および第３リアクタンスエレ
メント３５,４２と第２リアクタンスエレメント３８の
他の構成要素はそれぞれ同図（ｃ）と同じである。

【００４０】更に、同図（ｆ）に示す組合せの例は、同
図（ａ）において第１リアクタンスエレメント３５のコ
イル３６を削除するとともに、第２リアクタンスエレメ
ント３５のコイル３９およびコンデンサ４０を削除し、
更に、第３リアクタンスエレメント４２のコンデンサ４
５を削除した回路であり、また、第１ないし第３リアク
タンスエレメント３５,３８,４２の他の構成要素はそれ
ぞれ同図（ａ）と同じである。更に、同図（ｇ）に示す
組合せの例は、同図（ｂ）において第１リアクタンスエ
レメント３５のコンデンサ３７を削除するとともに、第
２リアクタンスエレメント３５の２つのコンデンサ４
０,４１を削除し、更に、第３リアクタンスエレメント
４２のコンデンサ４５を削除した回路であり、また、第
１ないし第３リアクタンスエレメント３５,３８,４２の
他の構成要素はそれぞれ同図（ｂ）と同じである。な
お、第１ないし第３リアクタンスエレメント３５,３８,
４２のコイルとコンデンサの少なくとも１つからなるリ
アクタンス構成要素は、図５に示す以外にも測定する試
料の周波数に応じて種々設定可能であることは言うまで
もない。

【００４１】そして、各リアクタンスエレメントのリア
クタンス構成要素を設定するには、まず第１および第２
リアクタンスエレメント３５,３８についてリアクタン
ス構成要素を設定し、その後に第３リアクタンスエレメ
ント４２についてリアクタンス構成要素を、第１および
第２リアクタンスエレメント３５,３８のリアクタンス
構成要素に合わせて設定するようにする。このようにす
ることで、第３周波数について最適となり、この第３周
波数信号（ＬＯＣＫ信号）の入力がし易くなる。

【００４２】図６は、１つの組立体としてプラグ化した
第１ないし第３リアクタンスエレメントのいくつかの例
を示す図、図７はこれらのリアクタンスエレメントの各
構成要素の分解図である。図６（Ａ）に示す例のプラグ
化したリアクタンスエレメントは、図７（Ａ）の（ａ）
に示す金属導体等の導体からなる図において左方開口し
た有底筒状の第１ケース部材５６と、この第１ケース部
材５６の左端にその右端が螺合される、図７（Ｂ）の
（ａ）に示す金属導体等の導体からなる筒状の第２ケー
ス部材５７と、この第２ケース部材５７にねじ等で接合
される、図７（Ｃ）に示すレジンまたはセラミック等の
絶縁性材料からＴ字状に形成された第３ケース部材５８
と、この第３ケース５８に電気的接続部材６６を介して
固定される、金属導体等の導体からなるチップ５９と、
第３ケース部材５８のチップ５９と反対側に螺合され
る、図７（Ｄ）に示すレジンまたはセラミック等の絶縁
性材料から部分的に筒状に形成されたボビン６０と、こ
のボビン６０に螺合される、図７（Ｅ）に示す金属導体
等の導体から円柱状に形成された第１電気接続部材６１
と、この第１電気接続部材６１に圧接される、図７
（Ｆ）に示す金属導体等の導体から円柱状に形成された
短絡チップ導体６２と、この短絡チップ導体６２に圧接
されるとともに第１ケース部材５６に螺合される、図７
（Ｇ）に示す金属導体等の導体から円柱状に形成された
第２電気接続部材６３と、ボビン６０に巻回されるコイ
ル６４と、このコイル６４を第１電気接続部材６１およ
び電気的接続部材６６にともに電気的に接続する導線６
５とから構成されている。

【００４３】そして、これらの部材が図６（Ａ）（ａ）
に示すように組み立てられてプラグ化されたリアクタン
スエレメントが形成され、リアクタンスエレメントのこ
の状態では、第１ケース部材５６、第２ケース部材５
７、チップ５９、短絡チップ導体６２、第１および２電
気接続部材６１,６３、コイル６４、および電気的接続
部材６６が電気的に導通している。このプラグ化された
リアクタンスエレメントの寸法はＮＭＲプローブの使用
する高周波の波長λに対し共振モードになり易い所定の
大きさ、例えば軸方向長さが約３０ｍｍ前後（ＨＦの場
合は約２０〜３０ｍｍ；ＬＦの場合は約３０〜４０ｍ
ｍ）に設定されている。もちろん、プラグ化されたリア
クタンスエレメントの寸法はこの例示の寸法に限定され
ることはない。このように構成された図６（Ａ）（ａ）
に示すプラグ化されたリアクタンスエレメントは、同図
（ｂ）に示すように１つのコイル６４からなるリアクタ
ンスエレメントに構成されている。

【００４４】なお、図７（Ａ）（ｂ）に示すように第１
ケース部材５６は４つの部材から、また、図７（Ｂ）
（ｂ）に示すように第２ケース部材５７は２つの部材か
ら、それぞれ、分割構成することもできる。

【００４５】また、図６（Ｂ）（ａ）に示す例のプラグ
化したリアクタンスエレメントは、図６（Ａ）に示す例
のリアクタンスエレメントの金属導体等の導体からなる
チップ５９に代えて、図７（Ｈ）に示す高耐電圧基層か
らなるチップコンデンサ（以下、チップコンともいう）
６７を備えている。すなわち、チップコン６７はその右
側の端子が第３ケース５８に電気的接続部材６６を介し
て固定されている。この例のプラグ化したリアクタンス
エレメントの他の構成は、図６（Ａ）（ａ）に示す例と
同じである。このように構成された図６（Ｂ）（ａ）に
示すプラグ化されたリアクタンスエレメントは、同図
（ｂ）に示すように１つのコイル６４と１つのコンデン
サ６７とを直列に接続した回路からなるリアクタンスエ
レメントに構成されている。

【００４６】更に、図６（Ｃ）（ａ）に示す例のプラグ
化したリアクタンスエレメントは、図６（Ｂ）に示す例
のリアクタンスエレメントの金属導体等の導体からなる
円柱状の第１電気接続部材６１に代えて、図７（Ｉ）に
示す金属導体等の導体からなるＴ字状の第３電気接続部
材６８を備えている。この第３電気接続部材６８はボビ
ン６０に螺合されるだけではなく、第２ケース部材５７
の内周面にも螺合される。また、コイル６４は導線６５
によりチップコン６７の図において左側の端子に電気的
に接続されている。この例のプラグ化したリアクタンス
エレメントの他の構成は、図６（Ｂ）（ａ）に示す例と
同じである。

【００４７】このように構成された図６（Ｃ）（ａ）に
示すプラグ化されたリアクタンスエレメントは、同図
（ｂ）に示すように１つのコイル６４と１つのコンデン
サ６７とを並列に接続した回路からなるリアクタンスエ
レメントに構成されている。なお、図６（Ｃ）（ａ）に
示すリアクタンスエレメントにおいては、同図（ｂ）に
示すようにコイル６４とコンデンサ６７との並列回路に
代えて、前述の図１６に示すと同様のＨＦ周波数の波長
λのλ／４の波長の信号を出力する波長型共振器を用い
ることもできる。

【００４８】更に、図６（Ｄ）（ａ）に示す例のプラグ
化したリアクタンスエレメントは、図６（Ｃ）に示す例
のリアクタンスエレメントの金属導体等の導体からなる
短絡チップ導体６２に代えて、図７（Ｈ）に示すチップ
コン６７と同様のチップコン６９備えている。また、第
１電気接続部材６１は円柱状に形成されている。そし
て、図７（Ｊ）に示す電気的接続構造７０により、チッ
プコン６７の左側の端子が導線６５でコイル６４に電気
的に接続され、またチップコン６７の右側の端子が導線
７１で第１電気接続部材６１に電気的に接続されてい
る。この例のプラグ化したリアクタンスエレメントの他
の構成は、図６（Ｃ）（ａ）に示す例と同じである。

【００４９】このように構成された図６（Ｄ）（ａ）に
示すプラグ化されたリアクタンスエレメントは、同図
（ｂ）に示すように１つのコイル６４と１つのコンデン
サ６７とを並列に接続した回路とこの回路に直列に接続
されたもう１つコンデンサ６９とからなるリアクタンス
エレメントに構成されている。

【００５０】このプラグ化されたリアクタンスエレメン
トを、図５に示すコイルとコンデンサの少なくとも１つ
からなるリアクタンス構成要素、あるいはこれ以外の、
測定する試料の周波数に応じて種々設定可能なリアクタ
ンス構成要素について、予め用意しておく。

【００５１】一方、図８（ａ）に示すように、多重共鳴
用ＮＭＲプローブのプローブ本体７２の同調部には、各
リアクタンスエレメントに対応して３つのソケット７２
ａ,７２ｂ,７２ｃが設けられており、これらのソケット
７２ａ,７２ｂ,７２ｃには、それぞれ、同図（ｂ）に示
すようにＮＭＲプローブ多重同調回路２１の、各リアク
タンスエレメントが組み込まれる部分の各ノードに接続
される接続端子７３,７４が設けられている。そして、
予め用意されたプラグ化されたリアクタンスエレメント
を測定する試料の核種の周波数に応じて適宜選択し、図
８（ｂ）に示すように選択したリアクタンスエレメント
をプローブ本体７２の対応する接続端子７３,７４間に
着脱可能に圧接挿入することで、単独のサンプルコイル
を有するだけで測定する試料の多数の周波数に応じたＮ
ＭＲプローブ多重同調回路２１を簡単に構成可能になっ
ている。すなわち、各リアクタンスエレメントはプロー
ブ本体７２のソケットに着脱可能に装着される着脱式エ
レメントとされている。

【００５２】図９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、３
重同調回路のＮＭＲプローブ多重同調回路２１の他の例
を模式的に示す、図３（ａ）および（ｂ）と同様の図で
ある。３重同調回路のＮＭＲプローブ多重同調回路２１
の他の例としては、図９（ａ）に示すようにサンプルコ
イルＬ_SのＨＦ入出力ポート側に第１リアクタンスエレ
メント３５が直接接続されるとともに、サンプルコイル
Ｌ_SのＬＦ入出力ポート側に第２および第３リアクタン
スエレメント３８,４２が直接接続される回路構成、あ
るいは、図９（ｂ）に示すようにサンプルコイルＬ_Sの
ＨＦ入出力ポート側に第１リアクタンスエレメント３５
が接続されるとともに、サンプルコイルＬ_SのＬＦ入出
力ポート側に第２リアクタンスエレメント３８が接続さ
れ、更に、この第２リアクタンスエレメント３８に第３
リアクタンスエレメント４２が直列に接続される回路構
成を用いることもできる。これらの３重同調回路のＮＭ
Ｒプローブ多重同調回路２１においても、本発明の前述
のプラグ化されたリアクタンスエレメントが用いられ
る。

【００５３】図１０ないし図１３は、それぞれ、本発明
の実施の形態の他の例におけるＮＭＲプローブ多重同調
回路を示す、図２と同様の図である。なお、前述の図１
５およびＹに示す構成要素および図２に示す構成要素と
同じ構成要素には、同じ符号を付してその詳細な説明は
省略する。前述の各例のＮＭＲプローブ多重同調回路２
１はいずれも３重同調回路であるが、図１０ないし図１
３に示す各例のＮＭＲプローブ多重同調回路２１は、い
ずれも４重同調回路の例である。

【００５４】図１０に示す例のＮＭＲプローブ多重同調
回路２１は、図２に示す例のＮＭＲプローブ多重同調回
路２１において、ＬＦ整合用バリコン２９とＢＲＦ５２
との間に第４リアクタンスエレメント７５が接続されて
おり、この第４リアクタンスエレメント７５はコイル７
６とコンデンサ７７との並列回路で構成されている。ま
た、第４リアクタンスエレメント７５はＬＦ同調用バリ
コン７８を介して接地されているとともに、ＬＦ整合用
バリコン７９を介して第２のＬＦ入出力ポート（ＬＦ
２）８０に接続されている。この例のＮＭＲプローブ多
重同調回路２１の他の構成は図２に示す例と同じであ
る。

【００５５】図１１に示す例のＮＭＲプローブ多重同調
回路２１は、図１０に示す例のＮＭＲプローブ多重同調
回路２１において、第４リアクタンスエレメント７５が
コイル７６とコンデンサ７７との並列回路にもう１つの
コンデンサ８１が直列に接続されて構成されている。こ
の例のＮＭＲプローブ多重同調回路２１の他の構成は図
１０に示す例と同じである。

【００５６】図１２に示す例のＮＭＲプローブ多重同調
回路２１は、図１０に示す例のＮＭＲプローブ多重同調
回路２１に対して、第４リアクタンスエレメント７５が
第２リアクタンスエレメント３８に直列に接続されてい
る点が異なり、他の構成は図１０に示す例と同じであ
る。また、図１３に示す例のＮＭＲプローブ多重同調回
路２１は、図１２に示す例のＮＭＲプローブ多重同調回
路２１において、第４リアクタンスエレメント７５がコ
イル７６とコンデンサ７７との並列回路にもう１つのコ
ンデンサ８１が直列に接続されて構成されている。この
例のＮＭＲプローブ多重同調回路２１の他の構成は図１
２に示す例と同じである。

【００５７】そして、図１０および図１１に示す例の４
重同調回路のＮＭＲプローブ多重同調回路２１は、図１
４（ａ）に模式的に示すように第１ないし第４リアクタ
ンスエレメント３５,３８,４２,７５からなる４重同調
回路を構成し、また、図１２および図１３に示す例の４
重同調回路のＮＭＲプローブ多重同調回路２１は、図１
４（ｂ）に模式的に示すように第１ないし第４リアクタ
ンスエレメント３５,３８,４２,７５からなる４重同調
回路を構成している。

【００５８】これらの例のＮＭＲプローブ多重同調回路
２１では、ＨＦ２２からの比較的高い高周波数、第１の
ＬＦ入出力ポート（ＬＦ１；前述の例のＬＦ入出力ポー
トＬＦに相当）２６からの比較的低い高周波数、第２の
ＬＦ入出力ポート（ＬＦ２）８０からの比較的低い、Ｌ
Ｆ１の周波数と異なる高周波数、ＬＯＣＫ入出力ポート
３０からのＬＯＣＫ周波数の異なる４種の周波数の信号
が入力されて４重同調が行われるようになる。

【００５９】そして、これらの図１０ないし図１３に示
す例の４重同調回路のＮＭＲプローブ多重同調回路２１
においても、第１ないし４リアクタンスエレメント３
５,３８,４２,７５に、それぞれ、本発明の前述のプラ
グ化されたリアクタンスエレメントが用いられる。

【００６０】なお、前述の４重同調回路はいずれも図３
（ａ）に示す第１および第３リアクタンスエレメント３
５,４２が直列に配置された同調回路に適用されるもの
としているが、これらの４重同調回路はいずれも図３
（ｂ）に示す第１および第３リアクタンスエレメント３
５,４２がともにサンプルコイルのＨＦ側に直接接続さ
れた同調回路に適用できることは言うまでもない。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る多重共鳴用ＮＭＲプローブによれば、多数の核種
に対応して予め用意されたリアクタンスエレメントの中
から、測定する試料の核種の周波数に応じたリアクタン
スエレメントを適宜選択し、選択したリアクタンスエレ
メントをプローブ本体の対応する接続端子間に着脱可能
に装着するようにしているので、単独のサンプルコイル
だけで測定する試料の多数の周波数に対応できる多重共
鳴用ＮＭＲプローブを簡単に構成できる。

【００６２】また、多重共鳴において、多くの核種に対
応した周波数バンドに対して、リアクタンスエレメント
をその周波数バンドに対応したリアクタンスエレメント
に交換するだけで、１台の多重共鳴用ＮＭＲプローブで
対応可能となる。

【００６３】更に、ポートから入力される周波数の信号
をこの信号に対応するリアクタンスエレメントによりサ
ンプルコイルへ通すように制御して信号のリークを防止
しているので、効率を向上できるとともに、感度を向上
できる。更に、サンプルコイルを更に追加することで、
３周波数バンド以上の多数の周波数バンドを更に追加可
能となり、より多くの周波数帯について観測可能とな
る。

【００６４】更に、リアクタンスエレメントを着脱可能
にし、かつこのリアクタンスエレメントを多数の核種に
対応して予め用意するようにしているので、リアクタン
スエレメントの製造が容易となって製造上の利便性が得
られるとともに、測定しようとする核種に柔軟に対応で
き、回路の効率化を図ることができるとともにポート間
で良好なアイソレーションを得ることができる。

【００６５】また、リアクタンスエレメントのバリエー
ション化を効果的に図ることができるので、ＮＭＲプロ
ーブ多重同調回路の回路構成の標準化を図ることができ
る。これにより、ユーザーは所望する周波数を簡単にか
つ確実に設定することができ、核種の観測の効率化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る多重共鳴用ＮＭＲプローブが適
用される多重共鳴用ＮＭＲ装置の一例を模式的に示す図
である。

【図２】 本発明に係る多重共鳴用ＮＭＲプローブの実
施の形態の一例におけるＮＭＲプローブ多重同調回路を
示す図である。

【図３】 本発明のＮＭＲプローブ多重同調回路を３重
同調回路の場合について模式的に示し、（ａ）は図２に
示すＮＭＲプローブ多重同調回路の模式図、（ｂ）は図
４に示すＮＭＲプローブ多重同調回路の模式図である。

【図４】 本発明の実施の形態の他の例におけるＮＭＲ
プローブ多重同調回路を示す、図２と同様の図である。

【図５】 第１ないし第３リアクタンスエレメントの構
成要素の組合せの例を示す図である。

【図６】 １つの組立体としてプラグ化した各リアクタ
ンスエレメントのいくつかの例を示す図である。

【図７】 図６に示す各リアクタンスエレメントの各構
成要素の分解図である。

【図８】 各リアクタンスエレメントのプローブ本体へ
の装着を説明する図である。

【図９】 本発明のＮＭＲプローブ多重同調回路を３重
同調回路の場合の他の例について模式的に示ず図であ
る。

【図１０】本発明の実施の形態の更に他の例におけるＮ
ＭＲプローブ多重同調回路を示す、図２と同様の図であ
る。

【図１１】本発明の実施の形態の更に他の例におけるＮ
ＭＲプローブ多重同調回路を示す、図２と同様の図であ
る。

【図１２】本発明の実施の形態の更に他の例におけるＮ
ＭＲプローブ多重同調回路を示す、図２と同様の図であ
る。

【図１３】本発明の実施の形態の更に他の例におけるＮ
ＭＲプローブ多重同調回路を示す、図２と同様の図であ
る。

【図１４】（ａ）は図１０および図１１に示すＮＭＲプ
ローブ多重同調回路の模式図、（ｂ）は図１２および図
１３に示すＮＭＲプローブ多重同調回路の模式図であ
る。

【図１５】従来の多重共鳴用ＮＭＲプローブの一例にお
けるＮＭＲプローブ多重同調回路を示す図である。

【図１６】従来の多重共鳴用ＮＭＲプローブの他の例に
おけるＮＭＲプローブ多重同調回路を示す図である。

【符号の説明】

２１…ＮＭＲプローブ多重同調回路、２２…ＨＦ入出力
ポート、２６…ＬＦ（ＬＦ１）入出力ポート、３０…Ｌ
ＯＣＫ（ロック）入出力ポート、３５…第１リアクタン
スエレメント、３８…第２リアクタンスエレメント、４
２…第３リアクタンスエレメント、７５…第４リアクタ
ンスエレメント、８０…ＬＦ２入出力ポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場中にセットされた試料に、３バン
   ド以上の多数の異なる周波数の共鳴周波数の信号を照射
   し、それぞれ、この照射信号に対応して核磁気共鳴現象
   により試料から出力される共鳴周波数の信号を捉える多
   重共鳴用ＮＭＲプローブにおいて、 単独のサンプルコイルと、３バンド以上の多数の異なる
   周波数の信号に対応して設けられかつ前記サンプルコイ
   ルに接続されて、それぞれ対応する周波数の信号が入力
   されるポートと、着脱可能に装着され、それぞれのポー
   トから入力される周波数の信号を前記サンプルコイルへ
   通すように制御する、前記異なる周波数と同数の着脱式
   のリアクタンスエレメントとを少なくとも備えているこ
   とを特徴とする多重共鳴用ＮＭＲプローブ。
2. 【請求項２】 前記３バンド以上の多数の異なる周波数
   は、少なくともＮＭＲ−ＬＯＣＫ信号の周波数、水素核
   またはフッ素核の周波数、および炭素核を中心とするリ
   ン核未満の測定核種から窒素核周辺域までの可変域を保
   有する周波数を少なくとも含んでいることを特徴とする
   請求項１記載の多重共鳴用ＮＭＲプローブ。