JP2006292743A - Ｎｍｒサンプルの方位的位置決め - Google Patents

Abstract

【課題】所望の方位位置にサンプルを固定することができる核磁気共鳴装置を提供する。
【解決手段】いくつかの実施形態に於いて、細長い横方向断面を有する核磁気共鳴（ＮＭＲ）サンプル容器は、適合する方位調整アダプター内部へサンプル容器ホルダーを固定することにより、ＮＭＲプローブ内に於ける所定の方位位置に保持される。方位整列アダプターは、円筒状シェル部に方位的に傾斜した上部案内面を有する導入アダプターであってもよく、前記傾斜案内面は、シェル壁を介して区画される縦方向チャンネル内部へ至る。サンプル容器ホルダーの横方向突出ピンは、案内面上を下方にスライドして、縦方向チャンネル内部へ至る。
【選択図】図２-Ａ

Description

本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光に関し、更に詳しくは、ＮＭＲ分光計に於いてＮＭＲサンプルを位置決めするシステムと方法とに関する。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計は典型的には、静磁場Ｂ₀を生成する超導電磁石とＮＭＲプローブとを含み、このＮＭＲプローブは、静磁場Ｂ₀に対して垂直な経時変動磁場Ｂ₁を生成するとともに、印加磁場に対するサンプルの応答を検出する、目的が特化された高周波（ＲＦ）コイルを含む。各ＲＦコイル及び関連回路は、サンプルに存在する、対象となる核のラーモア周波数で共鳴することが出来る。静磁場Ｂ₀の方向は通常、ｚ軸即ち縦方向に取られ、他方、ｚ軸に対して垂直な面は通常、ｘ−ｙ軸即ち横方向に定められる。ＲＦコイルは典型的には、ＮＭＲプローブの一部分として設けられ、サンプル管又は流動セル内部に設けられたサンプルを分析するために使用される。

通常使用される手法において、ＮＭＲサンプル管は、スペクトル線幅を狭めるために測定中に高速（例えば、数ｋＨｚの周波数）で回転させられる。サンプルを回転させることにより、ＮＭＲ測定に、サンプルへ印加された磁場に於ける不均等性及び傾きの方位的平均化を反映させることが出来る。固体の多結晶サンプルの場合、回転させると、サンプルに存在する種々の結晶方向に対して方位的に平均化することも可能になる。固体サンプルの場合、最適スペクトルは、回転軸芯（縦方向サンプル軸芯）と静磁場の方向との間の角度が「マジック角度」、即ち約５４°の場合に、得ることが出来る。マジック角度は、式3cos²θ-1=0に対する解である。液体又は気体サンプルは通常、静磁場の方向と一致する軸芯を中心として回転される。

レアードその他による下記特許文献１は、容器サイズとは無関係に、テスト管のようなサンプル容器を縦方向に整列させる装置を開示している。この装置は、容器の底部端を受容するためのテーパ状空洞を備えた足部材と、容器の他端を一時的位置に保持するホルダーと、容器の他端即ち上端を受容するテーパ状空洞を有するヘッド部材とを含む。足部材とヘッド部材とは相対的に移動可能であり、これにより、ヘッド部材の空洞は、容器の上端部と解放可能に係合するとともに、容器を所定の縦方向軸芯と一直線状にすることが出来る。
米国特許第3,991,627号明細書

ひとつの局面に於いて、核磁気共鳴装置は、大略的に横方向の方位整列突起を含むサンプル容器ホルダーと、この方位整列突起と適合する大略的に縦方向の方位整列チャンネル内部へ至る方位的に傾斜した案内面を含む導入アダプターとを含む。サンプル容器ホルダーは、核磁気共鳴プローブに於いて核磁気共鳴サンプル容器を保持する。傾斜案内面は、方位整列突起を方位整列チャンネル内部へ導いて、核磁気共鳴サンプル容器を核磁気共鳴プローブ内部で所定の方位位置に位置決めする。

別の局面に於いて、核磁気共鳴装置は、核磁気共鳴プローブを方位的に位置決めするアダプターと、方位的位置決めアダプターに固定されて、核磁気共鳴プローブ内部に於いて所定の方位位置に核磁気共鳴サンプル容器を保持するサンプル容器ホルダーとを含む。
更に、別の局面に於いて、核磁気共鳴プローブに於いて核磁気共鳴サンプル管を方位的に位置決めする導入アダプターは、核磁気共鳴サンプルホルダーの方位整列突起と係合するよう構成された大略的に縦方向の方位整列チャンネルに至る方位的に傾斜した案内面を有する縦方向シェルを含む。

更に別の局面に於いて、核磁気共鳴方法は、核磁気共鳴サンプル容器を保持するサンプル容器ホルダーを、核磁気共鳴プローブを方位的に位置決めするアダプター内部へ固定することにより、核磁気共鳴プローブに於ける所定の方位位置に、サンプル容器を位置決めすることと、方位位置に位置決めされたサンプル容器内に収容されたサンプルに対して核磁気共鳴測定を行うこととを含む。

本発明の上記局面と利点とは、下記詳細説明を読むことと添付図面を参照することとでよりよく理解されよう。

下記説明において、部材（要素）セットは１つ又は複数の部材（要素）を含む。部材（要素）への言及は１つ又は複数の部材を含むものと理解されるべきである。各引用される部材又は構造体は、一体型構造体により形成されていてもよいし、一体型構造体の一部であってもよいし、複数の個別の構造体から形成されてもよい。コイルをサンプルに対して核磁気測定を行うために使用する、という表現では、コイルはトランスミッターとして、レシーバとして、又はその両方として使用される、ということを意味すると理解されるべきである。特に記載がなければ、引用された電気的又は機械的接続は、直接接続であってもよいし、仲介構造体を介する間接接続であってもよい。特に記載がなければ、第１部分を第２部分内部へ固定するという表現は、とりわけ及び制限なしに、第１部分が雄型であり第２部分は雌型である構成と、第１部分が雌型であり第２部分は雄型である構成とを含む。

下記説明は、例示の目的で且つ必ずしもこれらに限定されるものではない、本発明の実施形態を示す。
図１は、本発明の実施形態に係る、例示の核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計１２を示す概略図である。分光計１２は、磁石１６と、磁石１６の円筒状孔内に挿入されたＮＭＲプローブ２０と、磁石１６とプローブ２０とに電気的に接続された制御/取得システム１８と、を含む。プローブ２０は、１つ又は複数の高周波（ＲＦ）コイル２４と、関連する電気的回路部材とを含む。システムは複数の嵌合ＲＦコイルを含んでいてもよいと理解されるが、簡略化するために、下記説明ではひとつのコイル２４に焦点を当てることにする。サンプル容器２２はプローブ２０内部に位置しており、コイル２４内部に対象のＮＭＲサンプルを保持し、他方、測定はサンプルについて行われる。サンプル容器２２はサンプル管又は流動セルであってよい。コイル２４は下方絶縁体２６の上に設けられ、この下方絶縁体２６は、種々の電気接続体を通す多数の縦方向孔を含んでいる。コンデンサー、インダクター、その他の構成部材などの多数の電気回路構成部材は、下方絶縁体２６の下に設けられているとともにコイル２４に電気的に接続されている。コイル２４と、コイル２４に接続された種々の構成部材とは、１つ又は複数のＮＭＲ測定回路を形成している。プローブ２０は、静磁場Ｂ₀に於ける空間的不均一を修正するために使用されるシムコイルのような従来型の構成部材を追加的に含んでいる。

測定を行うため、サンプルを、コイル２４内部に区画された測定空間内部へ挿入する。磁石１６は、サンプル容器２２内部に保持されたサンプルに対して静磁場Ｂ₀を印加する。制御/取得システム１８は電子部品を含み、プローブ２０へ所望の高周波パルスを印加するとともにプローブ２０内部のサンプルの核磁気共鳴特性を示すデータを取得するよう構成されている。コイル２４は、サンプルへ高周波磁場Ｂ₁を印加するため、及び／又は、印加された磁場に対するサンプルの応答を測定するために使用される。ＲＦ磁場は、静磁場に対して垂直である。同一のコイルを、ＲＦ磁場を印加するためと、印加磁場に対するサンプルの応答を測定するためとの両方に使用してもよい。あるいは、１つのコイルをＲＦ磁場を印加するために使用し、別のコイルを、印加磁場に対するサンプルの応答を測定するために使用してもよい。

図２-Ａは、本発明の実施形態に係るＮＭＲプローブアセンブリ１２０の斜視図である。ＮＭＲプローブアセンブリ１２０は、サンプル容器ホルダー１２２と、サンプル容器１２４と、方位位置導入アダプター１２６とを含んでいる。図２-Ｂは導入アダプター１２６を示し、図２-Ｃはホルダー１２２を示す。サンプルを、所望の方位位置に於いてＮＭＲプローブ内部に載置する場合、ホルダー１２２とサンプル容器１２４とにより形成されるアセンブリは、ある方位位置に於いて導入アダプター１２６上に降下され、以下に記載するように、サンプル容器１２４の所望の方位位置に対応する固定位置へ、導入アダプター１２６により案内される。

図２-Ａに示すサンプル容器１２４はサンプル管であるが、一般的に、サンプル容器１２４は流動セルであってもよい。図示する実施形態に於いて、サンプル容器１２４は細長い矩形状横断面を有している。サンプル容器ホルダー１２２は大略的に長手形状であり、横方向に突出する円筒状ピン１３０を含み、この円筒状ピン１３０は、ホルダー１２２の下方端領域に沿ってホルダー１２２の側面から離れる方向へ延びている。円筒状ピン１３０は、導入アダプター１２６の方位的に傾斜した案内（導入）面１３２に載置されるよう形成されている。面１３２は、図２-Ｂに示すように、内部孔１４８を有する円筒状シェル部１４０の頂面である。ピン１３０がないと、ホルダー１２２の下方端領域は内部孔１４８を自由にスライドすることになる。ピン１３０は、ホルダー１２２の動きを、ピン１３０が案内面１３２を下方にスライドするにつれて、下降螺旋経路に従うよう強制する。案内面１３２の底部は、ピン１３０がスライドして嵌められるように構成された縦方向チャンネル（溝）１３４内部へ導かれている。図示するように、縦方向チャンネル１３４は、導入アダプターシェル部１４０の全体横断範囲を貫通している。いくつかの実施形態に於いて、縦方向チャンネル１３４は導入アダプター１２６の内面に沿って形成されていてもよい。

導入アダプター１２６は、シェル部１４０の外部に横方向に突出する下方の取付け/方位調整リップ部１４２を有している。取付けリップ部１４２は、その頂部から底部へ延びる（貫通する）大略的に円弧状の方位調整開口１４４を複数個有している。各方位調整開口１４４は、図２-Ｅに示すように、ねじ１５８のような、対応する縦方向締付け具を収容している。縦方向締付け具は、導入アダプター１２６をプローブケース即ち支持部材１６０へ、例えば上方プローブ端部へ、固定するために使用される。プローブ内部の導入アダプター１２６の方位位置は、対応する調整開口１４４内部で各締付け具１５８の方位位置を制御することにより調整することができる。いくつかの実施形態に於いて、導入アダプターの方位を整列させるために、ホルダー/サンプル容器アセンブリを保持しながら且つプローブ内部の１つ又は複数のＲＦコイルをテスト装置に接続して、導入アダプター１２６をケース１６０の頂部におおざっぱに配置させる。導入アダプター１２６が所望の方位位置にあるということを記録テスト信号が示すまで、導入アダプター１２６を含むアセンブリを回転させる。次に、締付け具１５８を締付けて、導入アダプター１２６をその位置に固定させる。

図２-Ｄは、サンプル容器ホルダー１２２とサンプル容器１２４とにより形成されたアセンブリの縦方向断面図である。サンプル容器１２４は、細長い横方向断面（図示せず）を有する大略的に縦方向の管状外壁を含む。対象の液体サンプルを保持するサンプル測定容積１７０は、下方磁化率補償済みプラグ１７２と上方磁化率補償済みプラグ１７４との間に区画されている。プラグ１７４は、サンプル容器１２４およびサンプル容器ホルダー１２２の上方外部へ延びる縦方向ハンドルを含む。サンプル測定容積１７０はホルダー１２２の下方に位置している。

サンプル容器１２４はＯ-リング止め具１８８、１９４と２つの隣接Ｏ-リング１８６，１９６とにより、ホルダー１２２内部に保持されている。サンプルホルダー１２２は、段階的に直径が大きくなる下方、中間及び上方領域１８０a〜１８０cを含む外部ケース１８０を含む。下方延張部１９０は、下方領域１８０aの底部に接続されているとともに、Ｏ-リング１９６をＯ-リング止め具１９４へ押圧している。ピン１３０は下方延張部１９０を介して固定されている。上方プラグ１８２は上方領域１８０cの頂部に接続されているとともに、中間領域１８０b内部に延びてＯ-リング１８６をＯ-リング止め具１８８へ押圧している。サンプル容器１２４上に位置するサンプルアセンブリキャップ１８４はサンプルの蒸発を低減するとともに、プラグ１７４の縦方向ハンドルを所定位置に支持する。

図３-Ａは、本発明の実施形態に係るＮＭＲプローブアセンブリ２２０の斜視図である。ＮＭＲプローブアセンブリ２２０は、サンプル容器ホルダー２２２と、サンプル容器１２４と、マルチチャンネルを有する方位位置アダプター２２６とを含んでいる。図３-Ｂ及び図３-Ｃは、アダプター２２６と、ホルダー２２２とサンプル容器１２４とにより形成されたアセンブリとのそれぞれの斜視図である。ホルダー２２２は、反対方向に離間された２つの整列ピン２３０ａ，２３０ｂを含み、整列ピン２３０ａ，２３０ｂは、アダプター２２６に形成された対応チャンネル２３４ａ，２３４ｂ内部に摺動するよう形成されている。整列ピン２３０ａ，２３０ｂは、チャンネル２３４ａ，２３４ｂの方位パターンに適合する方位パターンで設けられている。図３-Ａに示す実施形態に於いて、ＮＭＲプローブ内部のサンプル容器１２４に対して、２つの許容される方位位置がある。いくつかの実施形態に於いて、特に２つの位置の間の配置や材料厚みの小さな変動が分光計の動作に影響を与えるような場合、図２-Ａ〜図２-Ｄに示す構造のように、一つの許容位置のみを許容することが望ましいかもしれない。

いくつかの実施形態に於いて，案内ピンを含むサンプル容器ホルダーはデルリン、アセタール（ポリオキシメチレン）又はＧ１０，ガラス充填レジンのような材質で出来ており、他方、導入アダプターはケイ素青銅のようなより硬い材料で形成されている。ホルダーピンよりも導入アダプターに対してより耐摩耗性のある材質を使用することにより、大部分の摩耗を、アクセスのよりしにくい導入アダプターではなく、ピンに発生させることを可能にする。

上記実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく種々の形で変更することができる。いくつかの実施形態に於いて、図示されている雄雌の幾何学的構造は反対になる。例えば、アダプターに突起物を設けてもよく、そして、案内面又はチャンネルをサンプル容器ホルダーに設けることが出来る。２つより多くのピン／チャンネルを規則的又は非規則的な方位パターンで設けることが出来る。種々の他の固定形態を、所望の方位位置に於いてアダプターとホルダーとを結合させるために使用することができる。同様に、種々の形状の突起物を係合に使用することができる。非直線的な傾斜（例えば、凹又は凸）を有する案内面を使用することができる。従って、本発明の範囲は下記特許請求の範囲及びその法的な均当物により定義されるべきである。

本発明の実施形態に係る典型的なＮＭＲ分光計の概略図である。 本発明の実施形態に係る、サンプル容器ホルダーと、サンプル容器と、方位位置導入アダプターとを含むＮＭＲプローブアセンブリの斜視図である。 図２-Ａの方位位置決めアダプターの斜視図である 図２-Ａのサンプル容器ホルダーの斜視図である。 図２-Ａのサンプル容器ホルダーとサンプル容器との縦方向断面図である。 本発明の実施形態に係る、ＮＭＲプローブ支持部材に装着された図２-ＡのＮＭＲプローブアセンブリを示している。 本発明の実施形態に係る、サンプル容器ホルダーと、サンプル容器と、マルチチャンネルを有する方位位置決めアダプターとを含むＮＭＲプローブアセンブリの斜視図である。 図３-Ａの方位位置決めアダプターの斜視図である 図３-Ａのサンプル容器ホルダーの斜視図である。 図３-Ａのサンプル容器ホルダーとサンプル容器との縦方向断面図である。

Claims (18)

1. 大略的に横方向の方位整列突起を含み、核磁気共鳴サンプル容器を核磁気共鳴プローブ内に保持するサンプル容器ホルダーと、
   前記方位整列突起と適合する大略的に縦方向の方位整列チャンネル内部へ至る方位的に傾斜した案内面を含む導入アダプターであって、前記案内面は前記方位整列突起を前記方位整列チャンネル内部へ導き、前記チャンネルは前記核磁気共鳴サンプル容器を前記核磁気共鳴プローブ内部で所定の方位位置に位置決めさせるよう構成された導入アダプターと、
   を含む核磁気共鳴装置。
2. 前記サンプル容器ホルダーは、第１方位パターンに配列された大略的に横方向の方位整列突起を複数個含み、
   前記導入アダプターは、前記第１方位パターンに配列された大略的に縦方向の方位整列チャンネルを複数個含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記方位整列突起は、前記方位整列チャンネルの幅に適合する外径を有する円筒状ピンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記サンプル容器ホルダーは、内部に前記核磁気共鳴サンプル容器を保持する内部縦方向孔を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記サンプル容器は、細長い横方向断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記導入アダプターは、前記案内面の外側に横方向に突出する方位調整リップ部を含み、前記方位調整リップ部は前記核磁気共鳴プローブに於いて前記導入アダプターの取付けの調整を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記方位調整リップ部は、前記方位調整リップ部を貫通する複数の円弧状調整開口を含み、
   対応する調整開口を貫通して延びる複数個の縦方向締付け具を更に含み、前記導入アダプターに対する前記締付け具の各々の方位位置が前記核磁気共鳴プローブに於ける前記導入アダプターの方位整列を定める
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記導入アダプターは前記方位整列突起よりも耐摩耗性が高いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記サンプル容器は流動セルを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記サンプル容器はサンプル管を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 核磁気共鳴プローブを方位的に位置決めするアダプターと、
    前記方位的位置決めアダプターに固定されたサンプル容器ホルダーであって、核磁気共鳴プローブ内部に於いて所定の方位位置に、横方向に細長い核磁気共鳴サンプル容器を保持するサンプル容器ホルダーと
    を含むことを特徴とする核磁気共鳴装置。
12. 前記サンプル容器ホルダーは、前記方位位置決めアダプターの開口に嵌合する横方向突起を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記方位的位置決めアダプターは、前記サンプル容器ホルダーの開口に嵌合する横方向突起を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 核磁気共鳴プローブに於いて核磁気共鳴サンプル容器を方位的に位置決めするための導入アダプターであって、
    前記導入アダプターは、方位的に傾斜した上部案内面を有する縦方向シェルを含み、前記上部案内面は核磁気共鳴サンプル容器ホルダーの方位整列突起と係合するような大きさに形成された大略的に縦方向の方位整列チャンネル内部に至るよう構成され、前記縦方向シェルの内部は前記サンプル容器ホルダーにより保持される前記サンプル容器の通過を許容する中央縦方向孔を区画していることを特徴とする導入アダプター。
15. 核磁気共鳴サンプル容器を保持するサンプル容器ホルダーを、核磁気共鳴プローブを方位的に位置決めするアダプター内部へ固定することにより、前記核磁気共鳴プローブに於ける所定の方位位置に、前記サンプル容器を位置決めすることと、
    前記方位位置に位置決めされた前記サンプル容器内に収容されたサンプルに対して核磁気共鳴測定を行うことと
    を含むことを特徴とする核磁気共鳴測定方法。
16. 前記サンプル容器ホルダーを固定することは、
    サンプル容器ホルダーの横方向突起を、前記方位位置決めアダプターの方位的に傾斜した案内面に沿って下方にスライドさせることであって、前記案内面は前記方位位置決めアダプターに形成された縦方向チャンネル内部へ至るものであることと、
    前記横方向突起を前記縦方向チャンネル内部にスライドさせることと
    を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記方位調整アダプターの横方向突出リップ部内に区画された複数の調整孔を介して複数の縦方向締付け具の位置決めを制御することにより、前記方位位置決めアダプターの方位位置を調整することを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 前記方位位置を調整しながら、前記方位位置に対する核磁気共鳴高周波コイルの応答を評価することを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。

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