JP2008026003A

JP2008026003A - Ｎｍｒプローブ

Info

Publication number: JP2008026003A
Application number: JP2006195292A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kida; 佳喜氣田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】狭い空間の中に装着可能で、検出コイルで発生するＲＦ磁力線を遮って検出コイルのＱファクターの低下等の弊害を招いたりすることのないシールドを備えたＮＭＲプローブを提供する。
【解決手段】静磁場中に置かれた筒状の筐体の中心軸上に配置され、静磁場軸と直交する方向に高周波磁場を発生する検出コイルと、該検出コイルと前記筐体の間に置かれ、静磁場に勾配磁場を重畳することによりＮＭＲ測定を助ける勾配磁場メインコイルと、該勾配磁場メインコイルと前記筐体の間に置かれ、該勾配磁場メインコイルが発生する勾配磁場により前記筐体に渦電流が発生するのをキャンセルする勾配磁場シールドコイルとを備えたＮＭＲプローブにおいて、前記勾配磁場メインコイルが設けられている基板の筐体側、または前記勾配磁場シールドコイルが設けられている基板の筐体側を導体箔で覆うようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＮＭＲ装置で用いられるＮＭＲプローブに関する。

ＮＭＲ装置は、静磁場中に置かれた被測定試料に対し、静磁場と直交する向きの高周波（ＲＦ）磁場を照射し、その後、被測定試料から出る微小な高周波磁場信号（ＮＭＲ信号）を検出し、そのなかに含まれている分子構造の情報を抽出し、被測定試料の分子構造を解析する装置である。

ＮＭＲ法では、核スピンに由来するＮＭＲ信号を検出するために、さまざまなパルスシーケンスが利用されている。このパルスシーケンスを構成するために不可欠な要素が、検出コイルと勾配磁場コイルの組み合わせである。

図１は、勾配磁場コイルと検出コイルを説明した図である。図１（ａ）は見取り図、（ｂ）は見取り図を回路図に書き直したものである。

筒状のプローブ筐体１は、プローブの機械的構造の骨組みを成すもので、電気回路的にはグランドになっている。検出コイル２は、筐体１の中心軸上に配置され、ＮＭＲ現象を起こすための高周波が印加され、また、発生したＮＭＲ信号を検出するコイルである。勾配磁場メインコイル３は、筐体１と検出コイル２との間に置かれ、静磁場に重畳させる勾配磁場を発生するコイルである。勾配磁場シールドコイル４は、筐体１と勾配磁場メインコイル３との間に置かれ、勾配磁場メインコイル３の発生する磁力線がプローブ筐体１を通過する際に発生する渦電流をキャンセルするための磁場を発生するコイルである。同調回路５は、検出コイル２を核に固有のＮＭＲ周波数に同調させる回路である。ＲＦ入出力端６は、ＲＦパルスを検出コイルに送信し、ＮＭＲ現象に由来するＮＭＲ信号を取り出す端子である。勾配磁場メインコイル３と勾配磁場シールドコイル４は直列に接続されており、勾配磁場電源７に接続されている。

さて、このようなＮＭＲプローブにおいては、図２（ａ）で模式的に示すように、プローブ筐体１、検出コイル２、勾配磁場メインコイル３、勾配磁場シールドコイル４等が相互に接近して配置されるため、相互の間に浮遊容量が発生する。図２（ｂ）は、その様子を回路図に示したものである。点線が浮遊容量を表わすコンデンサである。このような浮遊容量が勾配磁場コイルと複雑なネットワークを形成するために、本来意図した共振点以外の不要な共振が、検出コイル２に生じる。図２（ｃ）はＲＦ入出力端から見た反射損（Return Loss）を表わしたプロットで、真の共振点の近傍に不要な共振があることを表わしている。このような不要共振点があると、検出コイル２のＱファクターの低下等の弊害を招く。

そこで従来は、図３に示すように、勾配磁場メインコイル３の内側に非磁性の導体箔８、例えば非磁性金属箔、好ましくは銅箔を設け、この銅箔８をグランドに接続していた。このような銅箔８を設けると、図３（ｂ）で模式的に示すように、検出コイル２と勾配磁場メインコイル３および勾配磁場シールドコイル４との間が遮蔽され、浮遊容量は対グランド間だけに単純化され、図３（ｃ）のように不要共振点が除去される。

特開平８−６６３７９号公報。

特開平８−２５２２３３号公報。

特開２００２−１４３１１９号公報。

特開２００３−１４４４０９号公報。

特開２００４−２４８９２８号公報。

ところが、勾配磁場メインコイル３の内径が小さく、検出コイル２と勾配磁場メインコイル３が極めて接近している場合は、図４に示すように、検出コイル２で発生するＲＦ磁力線を銅箔８が遮ってしまい、検出コイル２のＱファクターの低下等の弊害を招く。このような場合、銅箔８を検出コイル２から遠ざける必要があったが、従来はそれに相当する技術が存在しなかった。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、狭い空間の中に装着可能で、検出コイルで発生するＲＦ磁力線を遮って検出コイルのＱファクターの低下等の弊害を招いたりすることのないシールドを備えたＮＭＲプローブを提供することにある。

この目的を達成するため、本発明のＮＭＲプローブは、
静磁場中に置かれた筒状の筐体の中心軸上に配置され、静磁場軸と直交する方向に高周波磁場を発生する検出コイルと、
該検出コイルと前記筐体の間に置かれ、静磁場に勾配磁場を重畳することによりＮＭＲ測定を助ける勾配磁場メインコイルと、
該勾配磁場メインコイルと前記筐体の間に置かれ、該勾配磁場メインコイルが発生する勾配磁場により前記筐体に渦電流が発生するのをキャンセルする勾配磁場シールドコイルと
を備えたＮＭＲプローブにおいて、
前記勾配磁場メインコイルが設けられている基板の筐体側、または前記勾配磁場シールドコイルが設けられている基板の筐体側を導体箔で覆うようにしたことを特徴としている。

また、前記導体箔の厚さは、検出コイルが発生する高周波磁場は遮蔽するが、勾配磁場メインコイルが発生する勾配磁場は透過させる厚さであることを特徴としている。

また、前記導体箔は、接地電位に設定されていることを特徴としている。

また、前記導体箔は、銅箔であることを特徴としている。

本発明のＮＭＲプローブによれば、
静磁場中に置かれた筒状の筐体の中心軸上に配置され、静磁場軸と直交する方向に高周波磁場を発生する検出コイルと、
該検出コイルと前記筐体の間に置かれ、静磁場に勾配磁場を重畳することによりＮＭＲ測定を助ける勾配磁場メインコイルと、
該勾配磁場メインコイルと前記筐体の間に置かれ、該勾配磁場メインコイルが発生する勾配磁場により前記筐体に渦電流が発生するのをキャンセルする勾配磁場シールドコイルと
を備えたＮＭＲプローブにおいて、
前記勾配磁場メインコイルが設けられている基板の筐体側、または前記勾配磁場シールドコイルが設けられている基板の筐体側を導体箔で覆うようにしたので、
狭い空間の中に装着可能で、検出コイルで発生するＲＦ磁力線を遮って検出コイルのＱファクターの低下等の弊害を招いたりすることのないシールドを備えたＮＭＲプローブを提供することが可能になった。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図５は、本発明にかかるＮＭＲプローブを説明した図である。図５（ａ）は見取り図、（ｂ）は見取り図を回路図に書き直したものである。

さて、このようなＮＭＲプローブにおいて、勾配磁場メインコイル３が設けられている基板の外側を非磁性の導体箔８、例えば非磁性金属箔、好ましくは銅箔で覆い、この銅箔８をグランドに接続する。このような位置に銅箔８を設けると、図３（ａ）で模式的にした検出コイル２と銅箔８との距離が遠くなり、検出コイル２のＱファクターの低下等の弊害を低減することができる。その一方で、検出コイル２と勾配磁場メインコイル３の間の浮遊容量は依然として存在するため、図５（ｃ）のように不要共振点を除去することはできない。

しかしながら、勾配磁場メインコイル３と勾配磁場シールドコイル４との間の浮遊容量はグランドに接続されるため、全体としての浮遊容量は減少する。このため、図５（ｃ）のように不要共振点は存在するものの、高い周波数帯域に移動するので、真の共振点との干渉は起こりにくくなり、その悪影響を避けることができる。

このときの銅箔８の厚さには、勾配磁場コイルが発生するパルス磁場は透過するが、検出コイルが発生するＲＦ磁場は遮蔽する厚さが選ばれる。その厚さは、表皮深さを参照して決定される。表皮深さとは、ある材質に入射した電磁界が１／ｅ（≒１／２．７１８≒−８．７ｄＢ）に減衰する距離で、透磁率がμ、導電率がσの導体においては、周波数がｆの場合、１／√（πｆμσ）によって与えられる。次に具体例で説明する。

勾配磁場コイルが発生するパルス磁場の立ち上がり・立ち下がり時間は、勾配磁場電源の能力やコイルのインダクタンスにもよるが、数十μｓ程度である。よって、その周波数帯域は、概ねＤＣ〜数十ｋＨｚ以下程度と考えて良い。これに対し、ＮＭＲの共鳴周波数は、例えば１１．７５Ｔの磁場中の水素原子核の場合、５００ＭＨｚである。よって、数十ｋＨｚは透過するが５００ＭＨｚは遮蔽する厚さを、式を参照して選べば良い。

銅の場合、導電率５．８２×１０⁷、透磁率４π×１０^-7であるから、５００ＭＨｚにおける表皮深さは約３μｍである。よって、その５倍の１５μｍの厚さの銅箔を選べば、５００ＭＨｚに対しては８．７×５＝４３ｄＢの遮蔽効果が得られる。一方、１００ｋＨｚに対する表皮深さは２０９μｍであるから、１５μｍの厚さの銅箔は約０．６ｄＢ程度の遮蔽効果しか持たない。このようにして、勾配磁場コイルが発生するパルス磁場を透過させるが、検出コイルが発生するＲＦ磁場は遮蔽する厚さを決定する。

尚、本発明には変形が考えられる。例えば、効果をより顕著にするため、図６（ａ）のように、勾配磁場メインコイル３が設けられている基板の外側と勾配磁場シールドコイル４が設けられている基板の外側の両方を銅箔で覆うことも考えられる。

また、浮遊容量の弊害が深刻でない場合は、図６（ｂ）のように、勾配磁場シールドコイル４が設けられている基板の外側だけ、銅箔で覆っても良い。

ＮＭＲ装置に広く利用できる。

従来例を示す図である。従来例を示す図である。従来例を示す図である。従来例を示す図である。本発明の一実施例を示す図である。本発明の別の実施例を示す図である。

符号の説明

１：プローブ筐体、２：検出コイル、３：勾配磁場メインコイル、４：勾配磁場シールドコイル、５：同調回路、６：ＲＦ入出力端、７：勾配磁場電源、８：銅箔

Claims

静磁場中に置かれた筒状の筐体の中心軸上に配置され、静磁場軸と直交する方向に高周波磁場を発生する検出コイルと、
該検出コイルと前記筐体の間に置かれ、静磁場に勾配磁場を重畳することによりＮＭＲ測定を助ける勾配磁場メインコイルと、
該勾配磁場メインコイルと前記筐体の間に置かれ、該勾配磁場メインコイルが発生する勾配磁場により前記筐体に渦電流が発生するのをキャンセルする勾配磁場シールドコイルと
を備えたＮＭＲプローブにおいて、
前記勾配磁場メインコイルが設けられている基板の筐体側、または前記勾配磁場シールドコイルが設けられている基板の筐体側を導体箔で覆うようにしたことを特徴とするＮＭＲプローブ。
前記導体箔の厚さは、検出コイルが発生する高周波磁場は遮蔽するが、勾配磁場メインコイルが発生する勾配磁場は透過させる厚さであることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
前記導体箔は、接地電位に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のＮＭＲプローブ。
前記導体箔は、非磁性金属箔であることを特徴とする請求項１、２、または３記載のＮＭＲプローブ。