JP2006214843A - Ｎｍｒ検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあっても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができるＮＭＲ検出器を提供する。
【解決手段】第１のＲＦと第２のＲＦに二重同調する二重同調回路の近傍に、第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、二重同調回路側で第３のＲＦが寄生共振する際のＲＦ電場の大振幅位置に、一端を開放し、外部導体の両端を接地した第３のＲＦのｎ／４波長同軸共振器（ただし、ｎは正の奇数）を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＮＭＲ装置に用いられるＮＭＲ検出器に関し、特に、異なる周波数で共振する複数の同調回路を備えたＮＭＲ検出器に関する。

通常、多核観測用のＮＭＲ検出器では、水素核（¹Ｈ核）などを測定する高い周波数ｆ₁（例えば、８００ＭＨｚ、以降ＨＦ周波数と呼ぶ）で共振するコイル（以降ＨＦコイルと呼ぶ）と、炭素核（¹³Ｃ核）、窒素核（¹⁵Ｎ核）、リン核（³¹Ｐ核）などを測定する低い周波数ｆ₂（例えば、¹³Ｃ核では２０１ＭＨｚ、¹⁵Ｎ核では８１ＭＨｚ、³¹Ｐ核では３２４ＭＨｚ、これらを以降ＬＦ周波数と呼ぶ）で共振するコイル（以降ＬＦコイルを呼ぶ）とを備えており、ＨＦコイルには、重水素核（²Ｄ核）を測定するロック用の周波数ｆ₃（例えば、１２３ＭＨｚ、以降ロック周波数と呼ぶ）でも共振可能なように、二重同調回路が備えられている。

図１は、従来の多重同調ＮＭＲ検出器の一例を示す図である。図中、Ｌ１がＨＦコイルである。ＨＦ周波数を持ったＲＦ（高周波）は、ＨＦ入力ポートＰ１から導入される。Ｐ１から導入されたＲＦは、ＨＦコイルＬ１、ＨＦ同調コンデンサＣ１、ＨＦ同調コンデンサＣ２により構成されるＬＣ共振回路で共振し、Ｌ１近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＨＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ１により検出され、Ｐ１を介して外部に取り出される。尚、Ｃ３は、ＨＦ入力時のＨＦ整合コンデンサである。

次に、ＨＦコイルＬ１、ロック用コイルＬ２、ロック用コイルＬ３を合わせたものが、ロック周波数に共振する共振コイルである。ロック周波数を持ったＲＦは、ロック用ＲＦ入力ポートＰ２から導入される。Ｐ２から導入されたＲＦは、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および、ロック用同調コンデンサＣ４、ロック用同調コンデンサＣ５により構成されるＬＣ共振回路で共振し、Ｌ１近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にロック周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したロック信号がＬ１により検出され、Ｐ２を介して外部に取り出される。尚、Ｃ６は、ロック用ＲＦ入力時のロック用整合コンデンサである。

次に、Ｌ４はＬＦコイルである。ＬＦ周波数を持ったＲＦは、ＬＦ入力ポートＰ３から導入される。Ｐ３から導入されたＲＦは、ＬＦコイルＬ４、ＬＦ同調コンデンサＣ８、ＬＦ同調コンデンサＣ９により構成されるＬＣ共振回路で共振し、Ｌ４近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＬＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ４により検出され、Ｐ３を介して外部に取り出される。尚、Ｃ１０は、ＬＦ入力時のＬＦ整合コンデンサである。

ＨＦ周波数とロック周波数に二重同調する二重同調回路は、同時にＬＦ周波数（特に³¹Ｐ核の共鳴周波数）の近くに寄生共振が発生することが多い。この寄生共振周波数がＬＦ周波数に近くなると、二重同調回路とＬＦ同調回路との間に電気的な干渉を生じ、ＬＦ側の同調操作に不都合が発生する。そこで、従来は、二重同調回路の寄生共振周波数とＬＦ周波数とが互いに近くならないようにするために、二重同調回路側の配線の長さなどを調節し、二重同調回路の寄生共振周波数とＬＦ周波数とを引き離す工夫を行なってきた。

特開２００３−４８３３号公報

ところが、ＨＦ周波数とロック周波数を本来の性能が出るように合わせようとすると、寄生共振周波数がＬＦ周波数に非常に近くなることが避けにくくなることがある。その理由は、実際に組み立てる回路では、配線の長さや部品定数に多少のばらつきがあり、その状態でＨＦ周波数とロック周波数の性能を引き出そうとすると、どうしても寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあるためである。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあっても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができるＮＭＲ検出器を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ検出器は、
第１のＲＦと第２のＲＦに二重同調する二重同調回路の近傍に、第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、
二重同調回路側で第３のＲＦが寄生共振する際のＲＦ電場の大振幅位置に、一端を開放し、外部導体の両端を接地した第３のＲＦのｎ／４波長同軸共振器（ただし、ｎは正の奇数）を設けたことを特徴としている。

また、第１のＲＦは¹Ｈ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第２のＲＦは²Ｄ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第３のＲＦは³¹Ｐ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波であることを特徴としている。

また、前記ｎは１であることを特徴としている。

本発明のＮＭＲ共振器によれば、
第１のＲＦと第２のＲＦに二重同調する二重同調回路の近傍に、第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、
二重同調回路側で第３のＲＦが寄生共振する際のＲＦ電場の大振幅位置に、一端を開放し、外部導体の両端を接地した第３のＲＦのｎ／４波長同軸共振器（ただし、ｎは正の奇数）を設けたので、
二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあっても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができるＮＭＲ検出器を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図２は、本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例である。このＮＭＲ検出器は、図１に示した従来のＮＭＲ検出器と類似した構成を持っているので、図１と同じ構成要素に対しては、図１と同じ符号を付して説明を行なう。

図中、Ｌ１がＨＦコイルである。ＨＦ周波数を持ったＲＦは、ＨＦ入力ポートＰ１から導入される。Ｐ１から導入されたＲＦは、ＨＦコイルＬ１、ＨＦ同調コンデンサＣ１、ＨＦ同調コンデンサＣ２により構成されるＬＣ共振回路で共振し、Ｌ１近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＨＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ１により検出され、Ｐ１を介して外部に取り出される。尚、Ｃ３は、ＨＦ入力時のＨＦ整合コンデンサである。

次に、ＨＦコイルＬ１、ロック用コイルＬ２、ロック用コイルＬ３を合わせたものが、ロック周波数に共振する共振コイルである。ロック周波数を持ったＲＦは、ロック用ＲＦ入力ポートＰ２から導入される。Ｐ２から導入されたＲＦは、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および、ロック用同調コンデンサＣ４、ロック用同調コンデンサＣ５により構成されるＬＣ共振回路で共振し、Ｌ１近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にロック周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したロック信号がＬ１により検出され、Ｐ２を介して外部に取り出される。尚、Ｃ６は、ロック用ＲＦ入力時のロック用整合コンデンサである。

次に、Ｌ４はＬＦコイルである。ＬＦ周波数を持ったＲＦは、ＬＦ入力ポートＰ３から導入される。Ｐ３から導入されたＲＦは、ＬＦコイルＬ４、ＬＦ同調コンデンサＣ８、ＬＦ同調コンデンサＣ９により構成されるＬＣ共振回路で共振し、Ｌ４近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＬＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ４により検出され、Ｐ３を介して外部に取り出される。尚、Ｃ１０は、ＬＦ入力時のＬＦ整合コンデンサである。

このような構成において、ＨＦとロック周波数を二重同調させる二重同調回路側のＬ２とＣ４との間、および、Ｌ３とＣ５との間の２ヶ所に、接続端と反対側の端部を開放し、外部導体の両端を接地したＬＦの１／４波長同軸共振器Ｗ１、Ｗ２を設ける。ＬＦの１／４波長同軸共振器Ｗ１、Ｗ２が設けられる２ヶ所は、ＬＦが二重同調回路側に寄生共振する際に、その高周波電場が最大振幅近傍になると予測される位置である。

１／４波長同軸共振器Ｗ１、Ｗ２の長さは、ＬＦの波長に依存する。すなわち、ＬＦが³¹Ｐ核の共鳴周波数に近い周波数である約３２４ＭＨｚの場合を仮定すると、その波長λは約９３ｃｍとなる。したがって、１／４波長は約２３．３ｃｍとなる。このとき、同軸線の外部導体と芯線との間には、誘電率εが約２．１のテフロン（登録商標）が誘電体として用いられているから、実際の１／４波長の長さは１／√ε倍、すなわち、約０．７倍となり、Ｗ１とＷ２の最適な長さは、約１６ｃｍとなる。

このような長さを持った１／４波長同軸共振器をＷ１とＷ２に用いると、ＬＦの分布インダクタンスとして作用するため、ＬＦの高周波電場Ｅは、１／４波長同軸共振器Ｗ１、Ｗ２の開放端側において最大となり、二重同調回路との接続端側ではゼロとなる。また、ＬＦの高周波磁場Ｍは、１／４波長同軸共振器Ｗ１、Ｗ２の開放端側においてゼロとなり、二重同調回路との接続端側では最大となる。

ただし、１／４波長同軸共振器Ｗ１、Ｗ２は、集中インダクタンスとしては、きわめて小さな値しか持たないので、Ｗ１、Ｗ２が二重同調回路に付加されたことによるＨＦ、および、ロック周波数への影響は、ほとんどないと言って良い。単に、接地との間に小さなコンデンサが付いているだけの効果しか与えない。

これにより、ＬＦが二重同調回路側で寄生共振する際には、その高周波電場Ｅが最大振幅近傍となる位置での実際の振幅がゼロに抑えられるため、ＬＦは、二重同調回路側で寄生共振することができない。その結果、仮に、二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあったとしても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができる。

尚、上記実施例では、ＬＦの１／４波長同軸共振器を用いたが、これは、ＬＦの１／４波長の奇数倍の長さを持つ同軸共振器であっても良い。

多重同調ＮＭＲ検出器に、広く利用できる。

従来のＮＭＲ検出器の一例を示す図である。 本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例を示す図である。

符号の説明

Ｌ１：ＨＦコイル、Ｌ２：ロック用コイル、Ｌ３：ロック用コイル、Ｌ４：ＬＦコイル、Ｃ１：ＨＦ同調コンデンサ、Ｃ２：ＨＦ同調コンデンサ、Ｃ３：ＨＦ整合コンデンサ、Ｃ４：ロック用同調コンデンサ、Ｃ５：ロック用同調コンデンサ、Ｃ６：ロック用整合コンデンサ、Ｃ７：ＬＦ同調コンデンサ、Ｃ８：ＬＦ同調コンデンサ、Ｃ９：ＬＦ整合コンデンサ、Ｐ１：ＨＦ入力ポート、Ｐ２：ロック用ＲＦ入力ポート、Ｐ３：ＬＦ入力ポート、Ｗ１：ＬＦの１／４波長同軸共振器、Ｗ２：ＬＦの１／４波長同軸共振器

Claims (3)

1. 第１のＲＦと第２のＲＦに二重同調する二重同調回路の近傍に、第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、
   二重同調回路側で第３のＲＦが寄生共振する際のＲＦ電場の大振幅位置に、一端を開放し、外部導体の両端を接地した第３のＲＦのｎ／４波長同軸共振器（ただし、ｎは正の奇数）を設けたことを特徴とするＮＭＲ検出器。
2. 第１のＲＦは¹Ｈ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第２のＲＦは²Ｄ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第３のＲＦは³¹Ｐ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波であることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ検出器。
3. 前記ｎは１であることを特徴とする請求項１または２記載のＮＭＲ検出器。
   

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