JP2008064702A

JP2008064702A - Ｎｍｒプローブ

Info

Publication number: JP2008064702A
Application number: JP2006245268A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kida; 氣田佳喜
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】ＨＦ（¹⁹Ｆ核〜¹Ｈ核の共鳴周波数に相当する周波数の高周波）測定を行なう場合も、ＬＦ（³¹Ｐの共鳴周波数よりも低い周波数の高周波）測定を行なう場合も、１本のＮＭＲプローブで常に内側コイルにより観測ができるＮＭＲプローブを提供する。
【解決手段】ＨＦとＬＦに二重共振可能な内側コイルと、ＨＦとＬＦに二重共振可能な外側コイルとを備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＮＭＲ装置に用いられるＮＭＲプローブに関し、特に多種類の核に対して観測および照射が可能な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高周波信号を照射し、その後、被測定試料から出る微小な高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出し、その中に含まれている分子構造情報を抽出することによって分子構造を解析する装置である。

図１はＮＭＲ装置の概略構成図である。高周波発振器１から発振された高周波信号は、位相制御器２及び振幅制御器３によって位相と振幅を制御され、電力増幅器４に送られる。

電力増幅器４で、ＮＭＲ信号を励起するために必要な電力にまで増幅された高周波信号は、デュプレクサ５を介してＮＭＲプローブ６に送られて、ＮＭＲプローブ６内に置かれた図示しない検出コイルから被測定試料に照射される。

高周波照射後、被測定試料から出る微小なＮＭＲ信号は、ＮＭＲプローブ６内に置かれた図示しない検出コイルにより検出され、再びデュプレクサ５を介した後、前置増幅器７に送られ、受信可能な信号強度にまで増幅される。

受信器８は、前置増幅器７で増幅された高周波のＮＭＲ信号を、デジタル信号に変換可能なオーディオ周波数に周波数変換し、同時に振幅の制御を行なう。受信器８でオーディオ周波数に周波数変換されたＮＭＲ信号は、アナログ−デジタルデータ変換器９によってデジタル信号に変換され、制御コンピュータ１０に送られる。

制御コンピュータ１０は、位相制御器２及び振幅制御器３を制御すると共に、時間領域で取り込んだＮＭＲ信号をフーリェ変換処理し、フーリェ変換後のＮＭＲ信号の位相を自動的に補正した後、ＮＭＲスペクトルとして表示する。

ＮＭＲプローブ６に印加される高周波には、いくつかの種類がある。以下、¹⁹Ｆ核〜¹Ｈ核の共鳴周波数に相当する周波数の高周波をＨＦ、³¹Ｐの共鳴周波数よりも低い周波数の高周波をＬＦ、重水素核を用いたロック周波数の高周波をLockと略称して説明を行なうことにする。

図２は、インバース・プローブ、またはＨＸプローブなどと呼ばれているタイプのＮＭＲプローブの一例である。このタイプのＮＭＲプローブでは、検出コイルは２組あり、試料管を囲むように配置される。

図中１１はＨＦを観測するための内コイルである。内コイルは、ＨＦとLockの二重共振となるようにインダクタンスが決定されている。また、１２はＬＦをデカップリングのために照射する外コイルである。外コイルは、可変範囲の広いＬＦを効率よくカバーできるようにインダクタンスが決定されている。このプローブでは、被測定試料までの距離が近い内コイル１１によってＨＦを観測するので、ＨＦの検出感度が高くなる。これらの内コイル１１と外コイル１２は、発生する高周波磁場方向が互いに直交するように配置されている。

１３はＨＦ入出力端子、１４はLock入出力端子である。ＨＦは、ＨＦ用整合バリコンＶＣ１とＨＦ用同調バリコンＶＣ３により整合・同調が取られる。Lockは、Lock用整合バリコンＶＣ２とLock用同調バリコンＶＣ４により整合・同調が取られる。

１５はＬＦ入出力端子である。ＬＦは、ＬＦ用整合バリコンＶＣ５とＬＦ用同調バリコンＶＣ６により整合・同調が取られる。

なお、Ｃ１はＶＣ１と組になってＨＦの整合を取るコンデンサー、Ｃ２はコイルＬ１と組になってLock周波数に共振し、ＨＦ入出力端子１３にLock周波数が漏れていくのを防ぐコンデンサー、Ｌ１はコンデンサーＣ１と組になってLock周波数に共振し、ＨＦ入出力端子１３にLock周波数が漏れていくのを防ぐと同時に、ＨＦ周波数でのインピーダンスを高く保ち、ＨＦ周波数がグランドに逃げていくのを防ぐコイル、Ｌ２はＨＦ周波数がLock入出力端子１４に漏れていくのを防ぐコイルである。

これに対し、図３は、チューナブル・プローブ、またはＴＨプローブなどと呼ばれているタイプのＮＭＲプローブの一例である。このタイプのＮＭＲプローブも、検出コイルは２組あり、試料管を囲むように配置される。インバース・プローブ（ＨＸプローブ）との違いは、内コイル１１がＬＦを観測するためのコイル、外コイル１２がＨＦをデカップリングのために照射するコイルとなっていて、コイルの内外の関係が逆になっている点のみである。このプローブでは、被測定試料までの距離が近い内コイル１１によってＬＦを観測するので、ＬＦの検出感度が高くなる。なお、これらの内コイル１１と外コイル１２も、発生する高周波磁場方向が互いに直交するように配置されている。

どちらのタイプのプローブにおいても、ＮＭＲロック機能を付属させている場合が多い。ＮＭＲロックは、重水素核の共鳴を用いて行なわれることがほとんどである。重水素核の共鳴周波数はＨＦ周波数の１／６程度であるので、回路構成の容易さなどから、ＨＦコイルと二重共振させて用いることが多い。これをＬＦコイルで行なおうとすると、重水素核の共鳴周波数がＬＦ周波数の範囲内に含まれるので、回路構成がむつかしい。実際、ＬＦコイル側でLockを共振させた例はほとんどなく、ＨＦに帰属されるコイルにLockを二重共振させている。

以上、従来のプローブタイプ、コイルの内外とＨＦ／ＬＦ／Lockの割り当てを図４の表にまとめておく。

特開２００３−１２１５２３号公報

従来のＮＭＲプローブでは、インバース・プローブにせよ、チューナブル・プローブにせよ、ＨＦを観測／照射するコイルとＬＦを観測／照射するコイルは画然と区別されている。そのため、検出感度の良い内側のコイルで観測しようとすると、目的の核の共鳴周波数がＨＦかＬＦかによって、プローブを２本用意し、目的に応じてプローブを交換しなければならないという問題があった。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、ＨＦ測定を行なう場合も、ＬＦ測定を行なう場合も、１本のＮＭＲプローブで常に内側コイルにより観測ができる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、本発明にかかるＮＭＲプローブは、
ＨＦとＬＦに二重共振可能な内側コイルと、
ＨＦとＬＦに二重共振可能な外側コイルと
を備えたことを特徴としている。

また、内側コイルに観測用ＨＦとロック用高周波、外側コイルに照射（デカップリング）用ＬＦを供給して使用することを特徴としている。

また、内側コイルに観測用ＬＦ、外側コイルに照射用ＨＦとロック用高周波を供給して使用することを特徴としている。

また、内側コイルに観測用ＨＦ、外側コイルに照射用ＨＦを供給して使用することを特徴としている。

また、さらに内側コイルのＬＦチャンネルと外側コイルのＬＦチャンネルそれぞれに照射用ＬＦとロック用高周波のいずれかを供給して使用することを特徴している。

また、内側コイルに観測用ＨＦとロック用高周波、外側コイルに照射用ＬＦを供給して使用するモードと、
内側コイルに観測用ＬＦ、外側コイルに照射用ＨＦとロック用高周波を供給して使用するモードと、
内側コイルに観測用ＨＦ、外側コイルに照射用ＨＦを供給して使用するモードと
は、任意に切り替え可能に構成されていることを特徴としている。

本発明のＮＭＲプローブによれば、
ＨＦとＬＦに二重共振可能な内側コイルと、
ＨＦとＬＦに二重共振可能な外側コイルと
を備えたので、
ＨＦ測定を行なう場合も、ＬＦ測定を行なう場合も、１本のＮＭＲプローブで常に内側コイルにより観測ができる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、本発明にかかる新しいタイプのＮＭＲプローブの一実施例である。このタイプのＮＭＲプローブでは、検出コイルは２組あり、試料管を囲むように配置される。

図中２１はＨＦとＬＦを観測するための内コイルである。内コイルは、ＨＦとＬＦの二重共振となるようにインダクタンスが決定されている。また、２２はＨＦとＬＦをデカップリングのために照射する外コイルである。外コイルも、ＨＦとＬＦの二重共振となるようにインダクタンスが決定されている。これらの内コイル２１と外コイル２２は、発生する高周波磁場方向が互いに直交するように配置されている。

２３は内コイルのＨＦ入出力端子、２４は内コイルのＬＦ入出力端子である。ＨＦは、ＨＦ用整合バリコンＶＣ１、ＨＦ用同調バリコンＶＣ２、およびＨＦ用同調コンデンサーＣ１により整合・同調が取られる。コイルＬ１は、ＬＦ周波数をグランドに接続すると同時に、ＨＦ周波数でのインピーダンスを高く保ち、ＨＦが減衰するのを防ぐ。コイルＬ３とコンデンサーＣ３はＨＦに共振させ、ＨＦ周波数をグランドに接続する。コイルＬ２とコンデンサーＣ２はＨＦに共振させ、ＨＦ周波数の通過を阻止する。ＶＣ３はＬＦ用整合バリコン、ＶＣ４はＬＦ用同調バリコンである。

また、２５は外コイルのＨＦ入出力端子、２６は外コイルのＬＦ入出力端子である。ＨＦは、ＨＦ用整合バリコンＶＣ５、ＨＦ用同調バリコンＶＣ６、およびＨＦ用同調コンデンサーＣ４により整合・同調が取られる。コイルＬ４は、ＬＦ周波数をグランドに接続すると同時に、ＨＦ周波数でのインピーダンスを高く保ち、ＨＦが減衰するのを防ぐ。コイルＬ６とコンデンサーＣ６はＨＦに共振させ、ＨＦ周波数をグランドに接続する。コイルＬ５とコンデンサーＣ５はＨＦに共振させ、ＨＦ周波数の通過を阻止する。ＶＣ７はＬＦ用整合バリコン、ＶＣ８はＬＦ用同調バリコンである。

このプローブでは、ＨＦを効率良く観測したいときは内コイル２１に観測用ＨＦを割り当て、外コイル２２に照射用ＬＦを割り当てる。ロックは、内コイル２１のＬＦを重水素核に同調させて行なう。また、ＬＦを効率良く観測したいときは内コイル２１に観測用ＬＦを割り当て、外コイル２２に照射用ＨＦを割り当てる。ロックは、外コイル２２のＬＦを重水素核に同調させて行なう。この両モードは、任意に切り替え可能に構成される。

また、一方のコイルをＨＦとLock、他方のコイルをＨＦに割り当てても良い。その際、内コイル側のＨＦを観測用、外コイルのＨＦを照射用とする。つまり、内外両方ともＨＦの割り当てである。実際、ＨＦの一方が¹Ｈ核、他方が¹⁹Ｆ核であるＦ／Ｈと呼ばれる測定が行なわれており、本例はそれに当たるものである。その場合、Lockに用いない方のＬＦチャンネルを利用して、ＬＦ照射を行なうことができる。このモードも、先の両モードと合わせて、任意に切り替え可能な構成とする。

このように内外の両コイルともＨＦとＬＦの二重共振にしたことで、１本のプローブにより、従来のインバース・プローブ（ＨＸプローブ）とチューナブル・プローブ（ＴＨプローブ）の２本分のコイル割り当てが可能になった。従来例と本実施例の比較を図６の表にまとめておく。

実施例１の変形例として、もしＮＭＲロックを必要としないならば、内外コイルのＨＦ／ＬＦの割り当てをすべての組み合わせにおいて実現させることができる。

ＮＭＲ測定に広く利用できる。

従来のＮＭＲ装置の一例を示す図である。従来のＮＭＲプローブの一例を示す図である。従来のＮＭＲプローブの一例を示す図である。従来のＮＭＲプローブをまとめた表である。本発明にかかるＮＭＲプローブの一実施例を示す図である。本発明にかかるＮＭＲプローブと従来のＮＭＲプローブの比較表である。

符号の説明

１：高周波発振器、２：位相制御器、３：振幅制御器、４：電力増幅器、５：デュプレクサ、６：ＮＭＲプローブ、７：前置増幅器、８：受信器、９：アナログ−デジタルデータ変換器、１０：制御コンピュータ、１１：内コイル、１２：外コイル、１３：ＨＦ入出力端子、１４：Lock入出力端子、１５：ＬＦ入出力端子、２１：内コイル、２２：外コイル、２３：内コイルのＨＦ入出力端子、２４：内コイルのＬＦ入出力端子、２５：外コイルのＨＦ入出力端子、２６：外コイルのＬＦ入出力端子

Claims

ＨＦ（¹⁹Ｆ核〜¹Ｈ核の共鳴周波数に相当する周波数の高周波）とＬＦ（³¹Ｐの共鳴周波数よりも低い周波数の高周波）に二重共振可能な内側コイルと、
ＨＦとＬＦに二重共振可能な外側コイルと
を備えたことを特徴とするＮＭＲプローブ。
内側コイルに観測用ＨＦとロック用高周波、外側コイルに照射（デカップリング）用ＬＦを供給して使用することを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
内側コイルに観測用ＬＦ、外側コイルに照射用ＨＦとロック用高周波を供給して使用することを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
内側コイルに観測用ＨＦ、外側コイルに照射用ＨＦを供給して使用することを特徴とする請求項１記載のＮＭＲプローブ。
さらに内側コイルのＬＦチャンネルと外側コイルのＬＦチャンネルそれぞれに照射用ＬＦとロック用高周波のいずれかを供給して使用することを特徴とする請求項４記載のＮＭＲプローブ。
内側コイルに観測用ＨＦとロック用高周波、外側コイルに照射用ＬＦを供給して使用するモードと、
内側コイルに観測用ＬＦ、外側コイルに照射用ＨＦとロック用高周波を供給して使用するモードと、
内側コイルに観測用ＨＦ、外側コイルに照射用ＨＦを供給して使用するモードと
は、任意に切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項２、３、または４記載のＮＭＲプローブ。