JP2009025118A

JP2009025118A - Ｎｍｒ検出器

Info

Publication number: JP2009025118A
Application number: JP2007187989A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shino; 志野英雄
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】誘電体による損失を加えることなく、またＨＦ共振電流の大きな部分を接触摺動して、ＨＦ共振電流にノイズを発生させることのないＮＭＲ検出器を提供する。
【解決手段】端部Ａ、Ｂを備えたＮＭＲ検出コイルと、一端が端部Ａに接続され、他端が接地された第１の導体と、一端が端部Ｂに接続され、他端が接地された第２の導体と、第１の導体と第２の導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第１の筒状導体と、該第１の筒状導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第２の筒状導体と、第１の高周波のための整合および同調機構と、第２の高周波のための整合および同調機構とを備えたＮＭＲ検出器において、前記第１の高周波のための同調機構は、前記第１の筒状導体の外周と前記第２の筒状導体の内周とを前記端部Ａ、Ｂに近い部分で接触短絡させながら、両筒状導体の軸方向に沿って摺動する摺動子である。
【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）、フッ素核（¹⁹Ｆ核）などを測定する高い周波数ｆ₁（例えば、¹Ｈ核では８００ＭＨｚ、¹⁹Ｆ核では７５３ＭＨｚ、これらを以降ＨＦ周波数と呼ぶ）で共振する回路と、リン核（³¹Ｐ核）、炭素核（¹³Ｃ核）、窒素核（¹⁵Ｎ核）などを測定する低い周波数ｆ₂（例えば、³¹Ｐ核では３２４ＭＨｚ、¹³Ｃ核では２０１ＭＨｚ、¹⁵Ｎ核では８１ＭＨｚ、これらを以降ＬＦ周波数と呼ぶ）で共振する回路とを備えている。

従来、同軸共振器を用いたＨＦ共振周波数を可変する方法としては、次のような方法が知られている。
（１）同軸共振器の１／４波長共振の節にあたる短絡部の位置を同軸共振器の軸方向に可変させる。
（２）同軸共振器の中心導体（芯線）の先端部とグランドとの間に設けた可変コンデンサーの容量を可変させる。
（３）同軸共振器の電界成分が強くなる付近の共振器内部に配置した誘電体の位置を変化させる。
（４）同軸共振器の中心導体（芯線）の太さを一部変化させる。

このうち、多重共鳴測定に用いられる周波数可変型ＮＭＲ検出器としては、例えば前記（１）の方法を応用した図１に示すような構成が知られている。

図１は、従来の多重共鳴ＮＭＲ検出器の一例である。図中１は、試料に近接して配置されるＮＭＲ検出コイルである。ＮＭＲ検出コイル１は、引き出し線２、同軸共振器の中心導体（芯線）３、同軸共振器の外部導体４で構成されるＨＦ同軸共振回路によってＨＦ周波数に共振し、摺動子５を摺動子位置可変機構９により同軸共振器の軸方向に移動させ、同軸共振器の中心導体３と外部導体４の間を接触短絡させてＨＦ共振回路の共振周波数を可変させることにより、目的核の共鳴周波数に同調させる。

同軸共振器には、ＨＦ波長のｎ／４波長（ｎは正の奇数）となるような同軸共振器を使用する。

摺動子５には、例えば、内部導体（芯線）３の通る部分を円孔状に打ち抜いた、外部導体４の内周の大きさと形を持った１枚の金属の板などが用いられる。

ＨＦ成分は、ＨＦ整合用可変コンデンサー１０でインピーダンスマッチングされ、５０Ωの特性インピーダンスであるＨＦ信号出力同軸コネクター１１より外部に出力される。一方、ＨＦシャント用コンデンサー８は同軸共振器の芯線と外部導体を短絡させ、ＨＦ周波数において低インピーダンスとなるコンデンサーで、この位置でＨＦ周波数をシャントしている。

一方、ＮＭＲ検出コイル１は、ＨＦシャント用コンデンサー８とＬＦ同調用可変コンデンサー１３とを加算した容量でＬＦ周波数に対する共振回路を構成している。ＬＦ成分は、ＬＦ整合用可変コンデンサー１２によりハイインピーダンスから５０Ωに変換され、ＬＦ信号出力同軸コネクター１４より外部に出力される。

尚、６は共振器グランド、７はＮＭＲ検出器全体を外側から取り囲む接地電位の金属製ボディーである。

特開２００４−４５３５１号公報特開２００４−２８６６９５号公報特開２００５−１０６７８７号公報

ところで、上述した（１）から（４）までのＨＦ共振周波数を可変する従来技術には、次のような問題があった。
（１）ＨＦ共振の節部分では、ＨＦ共振電流が最大となっており、この部分を短絡部品で接触させながら摺動させるので、ＨＦ電力印加時に接触部で発生する電気的ノイズが問題となる。
（２）通常の可変コンデンサーでは、誘電体による誘電損失が無視できず、可変コンデンサーを並列に接続することにより、ＨＦ共振回路全体の効率の低下、損失が問題となる。
（３）（２）の場合と同様、誘電体による誘電損失が回路損失に影響する。
（４）内部導体の径を可変させるための実施方法に制約がある。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、誘電体による損失を加えることなく、またＨＦ共振電流の大きな部分を接触摺動して、ＨＦ共振電流にノイズを発生させることのない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、
端部Ａ、Ｂを備えたＮＭＲ検出コイルと、
一端が端部Ａに接続され、他端が接地された第１の導体と、
一端が端部Ｂに接続され、他端が接地された第２の導体と、
第１の導体と第２の導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第１の筒状導体と、
該第１の筒状導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第２の筒状導体と、
第１の高周波のための整合および同調機構と、
第２の高周波のための整合および同調機構と
を備えたＮＭＲ検出器において、
前記第１の高周波のための同調機構は、前記第１の筒状導体の外周と前記第２の筒状導体の内周とを前記端部Ａ、Ｂに近い部分で接触短絡させながら、両筒状導体の軸方向に沿って摺動する摺動子であることを特徴としている。

また、前記第１の導体と前記第２の導体は、前記第１の高周波のｎ／４波長（ｎは正の奇数）となるような長さの同軸共振器の芯線であることを特徴としている。

また、前記第１の高周波は、¹Ｈ核と¹⁹Ｆ核の共鳴周波数を含む高い周波数帯域の高周波、前記第２の高周波は、³¹Ｐ核、¹³Ｃ核、¹⁵Ｎ核の共鳴周波数を含む低い周波数帯域の高周波であることを特徴としている。

本発明のＮＭＲ検出器によれば、
端部Ａ、Ｂを備えたＮＭＲ検出コイルと、
一端が端部Ａに接続され、他端が接地された第１の導体と、
一端が端部Ｂに接続され、他端が接地された第２の導体と、
第１の導体と第２の導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第１の筒状導体と、
該第１の筒状導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第２の筒状導体と、
第１の高周波のための整合および同調機構と、
第２の高周波のための整合および同調機構と
を備えたＮＭＲ検出器において、
前記第１の高周波のための同調機構は、前記第１の筒状導体の外周と前記第２の筒状導体の内周とを前記端部Ａ、Ｂに近い部分で接触短絡させながら、両筒状導体の軸方向に沿って摺動する摺動子なので、
誘電体による損失を加えることなく、またＨＦ共振電流の大きな部分を接触摺動して、ＨＦ共振電流にノイズを発生させることのないＮＭＲ検出器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２は、本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例である。図中１は、試料に近接して配置されるＮＭＲ検出コイルである。ＮＭＲ検出コイル１は、引き出し線２、同軸共振器の中心導体（芯線）３、同軸共振器の外部導体４で構成されるＨＦ同軸共振回路によってＨＦ周波数に共振させる。

このような構成において、ＮＭＲ検出コイル１からの引き出し線２が接続されている側の同軸共振器の外部導体４を短くし、その周りに径の太い外部導体１５を設ける。この径の太い外部導体１５は、径の細い外部導体４と同軸の二重管関係になっていて、両外部導体４、１５の隙間を互いに接触短絡させながら摺動できる摺動子５を摺動子位置可変機構９により同軸共振器の軸方向に移動させ、ＨＦ共振回路の共振周波数を可変させることにより、目的核の共鳴周波数に同調させる。

摺動子５には、例えば、外部導体４の通る部分を円孔状に打ち抜いた、外部導体１５の内周の大きさと形を持った２枚の金属の板などが用いられる。

この方法では、ＨＦ信号出力同軸コネクター１１やＬＦ信号出力同軸コネクター１４が接続されている側（接地端側）よりもＮＭＲ検出コイル１からの引き出し線２が接続されている側に近い、ＨＦ共振電流が少ない部分で、摺動子５を２つの外部導体４、１５の両方に接触摺動させているため、ＨＦ周波数上にノイズが入りにくい。また、ＨＦ周波数の可変のメカニズムも、金属板でできた摺動子５自身の持つシールド効果により、ＮＭＲ検出コイル１の周辺に発生するＨＦ電磁界の分布空間の広さが変化することを利用したものである。

すなわち、金属板でできた摺動子５が引き出し線２の方向に向けて摺動すると、ＮＭＲ検出コイル１の周辺に発生するＨＦ電磁界の分布空間の広さが狭くなって共振周波数が上がり、逆に、金属板でできた摺動子５が引き出し線２から遠ざかる方向に向けて摺動すると、ＮＭＲ検出コイル１の周辺に発生するＨＦ電磁界の分布空間の広さが広くなって共振周波数が下がる。

図３は、本発明にかかるＮＭＲ検出器の別の実施例である。図中１は、試料に近接して配置されるＮＭＲ検出コイルである。ＮＭＲ検出コイル１は、引き出し線２、同軸共振器の中心導体（芯線）３、同軸共振器の外部導体４で構成されるＨＦ同軸共振回路によってＨＦ周波数に共振し、可変共振器短絡部品５を短絡部品位置可変機構９により同軸共振器の軸方向に移動させ、ＨＦ共振回路の共振周波数を可変させることにより、目的核の共鳴周波数に同調させる。

このような構成において、ＮＭＲ検出コイル１からの引き出し線２が接続されている側の同軸共振器の外部導体４を短くし、外部導体４と接地電位のボディー７との隙間を互いに接触短絡させながら摺動できる摺動子５を摺動子位置可変機構９により同軸共振器の軸方向に移動させ、ＨＦ共振回路の共振周波数を可変させることにより、目的核の共鳴周波数に同調させる。

摺動子５には、例えば、外部導体４の通る部分を円孔状に打ち抜いた、ボディー７の内周の大きさと形を持った１枚の金属の板などが用いられる。

この方法では、ＨＦ信号出力同軸コネクター１１やＬＦ信号出力同軸コネクター１４が接続されている側（接地端側）よりもＮＭＲ検出コイル１からの引き出し線２が接続されている側に近い、ＨＦ共振電流が少ない部分で、外部導体４と接地電位のボディー７の両方に接触摺動させているため、ＨＦ周波数上にノイズが入りにくい。また、ＨＦ周波数の可変のメカニズムも、金属板でできた摺動子５自身の持つシールド効果により、ＮＭＲ検出コイル１の周辺に発生するＨＦ電磁界の分布空間の広さが変化することを利用したものである。

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。本発明にかかるＮＭＲ検出器の別の実施例を示す図である。

符号の説明

１：ＮＭＲ検出コイル、２：引き出し線、３：内部導体（芯線）、４：外部導体、５：摺動子、６：共振器グランド、７：ボディー、８：ＨＦシャント用コンデンサー、９：摺動子位置可変機構、１０：ＨＦ整合用可変コンデンサー、１１：ＨＦ信号出力同軸コネクター、１２：ＬＦ整合用可変コンデンサー、１３：ＬＦ同調用可変コンデンサー、１４：ＬＦ信号出力同軸コネクター、１５：外部導体

Claims

端部Ａ、Ｂを備えたＮＭＲ検出コイルと、
一端が端部Ａに接続され、他端が接地された第１の導体と、
一端が端部Ｂに接続され、他端が接地された第２の導体と、
第１の導体と第２の導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第１の筒状導体と、
該第１の筒状導体を軸方向に沿って囲繞する接地された第２の筒状導体と、
第１の高周波のための整合および同調機構と、
第２の高周波のための整合および同調機構と
を備えたＮＭＲ検出器において、
前記第１の高周波のための同調機構は、前記第１の筒状導体の外周と前記第２の筒状導体の内周とを前記端部Ａ、Ｂに近い部分で接触短絡させながら、両筒状導体の軸方向に沿って摺動する摺動子であることを特徴とするＮＭＲ検出器。
前記第１の導体と前記第２の導体は、前記第１の高周波のｎ／４波長（ｎは正の奇数）となるような長さの同軸共振器の芯線であることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ検出器。
前記第１の高周波は、¹Ｈ核と¹⁹Ｆ核の共鳴周波数を含む高い周波数帯域の高周波、前記第２の高周波は、³¹Ｐ核、¹³Ｃ核、¹⁵Ｎ核の共鳴周波数を含む低い周波数帯域の高周波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。