JP2006214843A - Nmr検出器 - Google Patents

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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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