JP2011085547A - Sample heating method for magnetic resonance apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample heating method different from sample heating using conventional temperature-controlled gas in a sample heating method usable for a magnetic resonance spectroscope such as NMR, NQR, and ESR apparatus. <P>SOLUTION: In order to efficiently heat the sample, the sample as well as a conductor are sealed in a sampling tube, and inductive current is then induced in the conductor by rotating the tube in a magnetostatic field, thereby inductively heating the conductor to heat the sample. The sample as well as a resonator are also sealed in the sampling tube, and the inductive current is induced in the resonator by sending electromagnetic waves having a frequency close to a resonant frequency of the resonator from outside of the sampling tube to heat the resonator by induction. The resonator is characterized by receiving external electromagnetic energy through inductive coupling via space. These means enable only the sample to be efficiently heated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばNMR装置やNQR装置やESR装置などの磁気共鳴分光器に使用可能な試料の加熱方法に関するものである。   The present invention relates to a sample heating method that can be used in a magnetic resonance spectrometer such as an NMR apparatus, an NQR apparatus, or an ESR apparatus.

NMR(核磁気共鳴)装置やESR(電子スピン共鳴)装置などの磁気共鳴分光器は、スピン磁気モーメントを有する原子核や電子に静磁場を印加し、該スピン磁気モーメントにラーモアの歳差運動を発生させて、そこに歳差運動と同じ周波数の高周波を照射して共鳴させることにより、該スピン磁気モーメントを有する電子や原子核の信号を検出する分析装置である。   Magnetic resonance spectrometers such as NMR (nuclear magnetic resonance) devices and ESR (electron spin resonance) devices apply a static magnetic field to nuclei and electrons having a spin magnetic moment, and generate a Larmor precession in the spin magnetic moment. Then, by irradiating and resonating with a high frequency of the same frequency as the precession, the analyzer detects an electron or nucleus signal having the spin magnetic moment.

磁気共鳴分光器では、試料を含む試料管にガスを吹き付けることにより、試料を回転させて、磁気共鳴の測定を行なうことが多い。そこで、試料の温度を所望の温度に制御するためには、試料を回転させるために吹き付けるガスの温度を所望の温度に制御することにより、試料の温度を制御することが多い。この手法は、一般に溶液NMR測定や固体NMR測定で広く用いられている。   Magnetic resonance spectrometers often measure magnetic resonance by rotating a sample by blowing a gas onto a sample tube containing the sample. Therefore, in order to control the temperature of the sample to a desired temperature, the temperature of the sample is often controlled by controlling the temperature of the gas blown to rotate the sample to the desired temperature. This technique is generally widely used in solution NMR measurement and solid state NMR measurement.

また、試料の回転を伴わないESR測定の場合は、試料回転用のガスではなく、温度制御専用のガスを試料に吹き付けて、試料の温度を制御する。   In the case of ESR measurement without rotation of the sample, the temperature of the sample is controlled by blowing a gas dedicated to temperature control on the sample instead of the gas for rotating the sample.

これらの方法は、温度制御されたガスを用いて試料の温度を変化させるという点では一致しており、試料温度を試料管の外部から温度変化させることにより制御している。   These methods are identical in that the temperature of the sample is changed using a temperature-controlled gas, and is controlled by changing the sample temperature from the outside of the sample tube.

また、温度制御されたガスを用いない全く別の方法として、マイクロ波発振器とマイクロ波照射コイルを併用して、電子レンジと同じ方法でNMR試料を誘導加熱する方法が提案されている(特許文献1)。この方法は、ガスを用いる方法と比較すると、短時間で試料温度を上げることができる点に大きな特徴がある。ただし、昇温専用であり、冷却には使えない。   Also, as a completely different method that does not use a temperature-controlled gas, a method of inductively heating an NMR sample by the same method as a microwave oven using a microwave oscillator and a microwave irradiation coil has been proposed (Patent Document). 1). This method has a great feature in that the sample temperature can be raised in a short time as compared with the method using gas. However, it is only for heating and cannot be used for cooling.

特開平5−126928号公報JP-A-5-126828

ところで、従来の試料温度変化法では、温度制御されたガスを試料管外部から吹き付けていたため、高温にするときには高温のガスを使用する必要がある。そのため、試料のみならず、ガス吹き付け機構などの周辺装置も高温にさらされることになる。   By the way, in the conventional sample temperature changing method, since the temperature-controlled gas is sprayed from the outside of the sample tube, it is necessary to use a high-temperature gas when the temperature is increased. For this reason, not only the sample but also peripheral devices such as a gas spray mechanism are exposed to high temperatures.

これらの周辺装置は、通常は樹脂で作られており、この素材の耐熱性能がガスの温度の上限を決めている。すなわち、セラミックやガラスなどで作られている試料管は高温に耐えることができるが、ガス吹き付け機構に使用されている樹脂が高温に耐えることができず、樹脂の耐えられる温度が温度の上限であった。   These peripheral devices are usually made of a resin, and the heat resistance of this material determines the upper limit of the gas temperature. In other words, sample tubes made of ceramic or glass can withstand high temperatures, but the resin used in the gas spray mechanism cannot withstand high temperatures, and the temperature that the resin can withstand is the upper limit of the temperature. there were.

また、従来の方法では、試料からの信号を観測するために使用するサンプルコイルの温度も同時に上昇してしまい、熱雑音の増加から検出感度の低下を招く。   Further, in the conventional method, the temperature of the sample coil used for observing the signal from the sample also rises at the same time, resulting in a decrease in detection sensitivity due to an increase in thermal noise.

試料温度制御装置の目的は、本来、試料の温度のみを上昇させることが目的である。それにもかかわらず、試料管外部から高温ガスを吹き付けることにより、周辺装置およびサンプルコイルの温度をも同時に上昇させていることにより、これらの問題が生じている。すなわち、諸悪の根源は、「試料管外部から熱を加えることにより試料温度を制御している」ことである。   The purpose of the sample temperature control apparatus is originally to increase only the temperature of the sample. Nevertheless, these problems are caused by simultaneously increasing the temperature of the peripheral device and the sample coil by blowing hot gas from the outside of the sample tube. That is, the root of all evil is that the sample temperature is controlled by applying heat from outside the sample tube.

本発明では、試料管内部から熱を発生させることにより、これらの問題を回避し、超高温測定および高感度での測定を可能とする。試料管内部から熱を発生させることにより、周辺装置の温度上昇を抑えることができる。これにより、周辺装置の素材樹脂の耐熱温度ではなく、試料管自身の素材の上限まで温度を上昇させることが可能になる。また、サンプルコイルの温度上昇を抑えることができるので、高感度での測定が可能になる。   In the present invention, by generating heat from the inside of the sample tube, these problems are avoided, and ultra-high temperature measurement and measurement with high sensitivity are possible. By generating heat from the inside of the sample tube, the temperature rise of the peripheral device can be suppressed. This makes it possible to raise the temperature to the upper limit of the material of the sample tube itself, not the heat resistant temperature of the material resin of the peripheral device. In addition, since the temperature rise of the sample coil can be suppressed, measurement with high sensitivity becomes possible.

そのためには、試料管内部へ熱以外の形でエネルギーを伝達する必要がある。ひとつの手法は運動エネルギーを用いる手法であり、もうひとつの手法は、誘導結合を通じて電気エネルギーを伝達する手法である。   For this purpose, it is necessary to transfer energy into the sample tube in a form other than heat. One method is a method using kinetic energy, and the other method is a method of transmitting electric energy through inductive coupling.

いずれの手法も空間的に離れたところへエネルギーを伝達できるので、発熱体と外部が直接熱的に結合している必要はない。そのため、試料回転も制限されずに自在に可能であり、試料管の外部からの断熱も容易である。   Since either method can transmit energy to a spatially separated place, the heating element and the outside do not need to be directly thermally coupled. Therefore, the rotation of the sample can be freely performed without restriction, and heat insulation from the outside of the sample tube is easy.

この目的を達成するため、本発明にかかる磁気共鳴装置の試料加熱方法は、
導電体を試料とともに試料管内に封入し、静磁場中で回転させることにより誘導電流を導電体に誘起して、導電体を誘導加熱することにより試料を加熱することを特徴としている。
In order to achieve this object, a sample heating method for a magnetic resonance apparatus according to the present invention includes:
It is characterized in that a conductor is enclosed in a sample tube together with a sample, an induced current is induced in the conductor by rotating in a static magnetic field, and the sample is heated by induction heating of the conductor.

また、前記導電体は、試料の磁化率に近い値の磁化率を有していることを特徴としている。   The conductor has a magnetic susceptibility close to that of the sample.

また、前記導電体は、銅であることを特徴としている。   The conductor is copper.

また、共振器を試料とともに試料管内に封入し、試料管の外部より前記共振器の共振周波数に近い周波数の電磁波を照射することにより誘導電流を共振器に誘起して、共振器を誘導加熱することにより試料を加熱することを特徴としている。   In addition, the resonator is enclosed in the sample tube together with the sample, and an induction current is induced in the resonator by irradiating an electromagnetic wave having a frequency close to the resonance frequency of the resonator from the outside of the sample tube, thereby inductively heating the resonator. This is characterized by heating the sample.

また、前記共振器は、空間を介した誘導結合により、外部から電磁波エネルギーを受け取ることを特徴としている。   Further, the resonator is characterized in that it receives electromagnetic wave energy from the outside by inductive coupling through a space.

本発明の磁気共鳴装置の試料加熱方法によれば、
導電体を試料とともに試料管内に封入し、静磁場中で回転させることにより誘導電流を導電体に誘起して、導電体を誘導加熱することにより試料を加熱するので、
試料を効率良く加熱することができる。
According to the sample heating method of the magnetic resonance apparatus of the present invention,
Since the conductor is enclosed in the sample tube together with the sample, the induced current is induced in the conductor by rotating in a static magnetic field, and the sample is heated by inductively heating the conductor.
The sample can be heated efficiently.

また、共振器を試料とともに試料管内に封入し、試料管の外部より前記共振器の共振周波数に近い周波数の電磁波を照射することにより誘導電流を共振器に誘起して、共振器を誘導加熱することにより試料を加熱する
試料を効率良く加熱することができる。
In addition, the resonator is enclosed in the sample tube together with the sample, and an induction current is induced in the resonator by irradiating an electromagnetic wave having a frequency close to the resonance frequency of the resonator from the outside of the sample tube, thereby inductively heating the resonator. Thus, the sample for heating the sample can be efficiently heated.

本発明にかかる試料加熱方法の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the sample heating method concerning this invention. 本発明にかかる試料加熱方法の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the sample heating method concerning this invention. 本発明にかかる試料加熱方法の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the sample heating method concerning this invention. 本発明にかかる試料加熱方法の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the sample heating method concerning this invention. 本発明に基づく固体NMRの測定例である。It is a measurement example of solid-state NMR based on this invention. 本発明に基づく固体NMRの測定例である。It is a measurement example of solid-state NMR based on this invention. 本発明の試料加熱方法に用いられる共振器を例示する図である。It is a figure which illustrates the resonator used for the sample heating method of this invention. 本発明の共振器を用いた試料加熱方法の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the sample heating method using the resonator of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明にかかる磁気共鳴装置の試料加熱方法の一実施例を示す図である。本実施例では、試料管の中に試料とともに発熱体を同封する。この発熱体には、銅片などの導電体が用いられる。   FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a sample heating method of a magnetic resonance apparatus according to the present invention. In this embodiment, a heating element is enclosed with a sample in a sample tube. For this heating element, a conductor such as a copper piece is used.

この試料管を静磁場中で移動/回転させれば、発熱体が静磁場の磁束からエネルギーを受け取って熱を発生する。特に試料回転は、例えば固体NMRにおいては、静磁場軸に対し54.7°傾斜させた軸を中心に十数kHzの高速で試料を回転させることにより、NMRスペクトルの異方性を低減する手段として利用され、溶液NMRにおいては、十数Hzの低速で試料を回転させることにより、静磁場の不均一性を低減する手段として利用されるなど、エアの吹き付けを応用することによって日常的に行なわれている基本操作であり、実行が容易である。
発熱を効率良く行なうためには、導電体自身の長軸が静磁場の磁束を切る向きに長く伸びている方が好ましい。必ずしも試料管が断熱されている必要はないが、断熱により外部への熱の放射が抑えられている方が、熱効率が向上する。
When the sample tube is moved / rotated in a static magnetic field, the heating element receives energy from the magnetic flux of the static magnetic field and generates heat. In particular, in the case of solid-state NMR, for example, in solid-state NMR, means for reducing the anisotropy of an NMR spectrum by rotating a sample at a high speed of several tens of kHz around an axis inclined by 54.7 ° with respect to the static magnetic field axis. In solution NMR, the sample is rotated at a low speed of a few tens of Hz, and is used as a means to reduce the inhomogeneity of the static magnetic field. It is a basic operation that is easy to execute.
In order to efficiently generate heat, it is preferable that the long axis of the conductor itself extends long enough to cut the magnetic flux of the static magnetic field. The sample tube does not necessarily need to be insulated, but thermal efficiency is improved when heat radiation to the outside is suppressed by the insulation.

試料の磁化率と近い磁化率を持つ導電体を用いると、磁化率のマッチング不適合による悪影響を最小限に抑えることができるため、有効である。また、本実施例と従来のガス吹き付けによる温度制御を組み合わせることも可能である。   Use of a conductor having a magnetic susceptibility close to that of the sample is effective because adverse effects due to magnetic susceptibility mismatching can be minimized. It is also possible to combine the present embodiment with the conventional temperature control by gas blowing.

試料と発熱体の接触は、複数の形態が考えられる。最も単純なものは、導電体を試料に直接接触させるものである。これは最も熱伝導の効率が良いと期待される。導電体は試料の一端もしくは両端に配置することが可能であり、また試料の端のみに限らず、試料中に導電体を配置することも可能である。   There can be a plurality of forms of contact between the sample and the heating element. The simplest is to bring the conductor directly into contact with the sample. This is expected to have the highest heat conduction efficiency. The conductor can be arranged at one end or both ends of the sample, and the conductor is not limited to the end of the sample but can be arranged in the sample.

導電体は1個に限らず、複数配置することが可能である。導電体は金属片とは限らず、導電体であればいかなる形態のものでも利用可能であり、担体に導電体をメッキ・蒸着させたものは、試料と導電体の分離回収が容易で、実用上使いやすい。図2にいくつかの例を示す。左は試料の一端に導電体を1個配置したものである。中央は複数の導電体を試料中に埋め込んだものである。右は担体に導電体をメッキ・蒸着した実施形態である。   The number of conductors is not limited to one, and a plurality of conductors can be arranged. The conductor is not limited to a metal piece, but can be used in any form as long as it is a conductor. Plating and vapor deposition of a conductor on a carrier makes it easy to separate and collect the sample and conductor, and is practical. Easy to use. FIG. 2 shows some examples. On the left, one conductor is placed at one end of the sample. In the center, a plurality of conductors are embedded in the sample. On the right is an embodiment in which a conductor is plated and evaporated on a carrier.

試料と導電体は、熱的に接触していれば良く、必ずしも直接接触している必要はない。すなわち、導電体と試料の間に熱伝導体を挟む実施形態が考えられる。直接接触を避けることで、導電体もしくは試料が接触により化学反応や劣化を起こすことを避けることができる。   The sample and the conductor need only be in thermal contact, and need not be in direct contact. That is, an embodiment in which a heat conductor is sandwiched between a conductor and a sample can be considered. By avoiding direct contact, it is possible to avoid a chemical reaction or deterioration of the conductor or sample due to contact.

また、試料の磁化率に近い熱伝導体を用いることにより、導電体と試料の磁化率不適合による悪影響を抑えることができ、有効である。   Also, the use of a thermal conductor close to the magnetic susceptibility of the sample is effective because it can suppress adverse effects caused by the magnetic susceptibility mismatch between the conductor and the sample.

導電体は試料の一端もしくは両端に熱伝導体を挟んで配置することが可能であり、また試料の端のみに限らず、試料中に熱伝導体にくるまれた導電体を配置することも可能である。導電体は1個に限らず複数配置することが可能である。導電体は金属片とは限らず、導電体であれば適当な電気抵抗を持ったグラファイトなど、いかなる形態のものでも利用可能であり、担体に導電体をメッキ・蒸着させたものは、試料と導電体の分離回収が容易で、実用上使いやすい。   The conductor can be placed with one or both ends of the sample sandwiching the heat conductor, and not only the end of the sample but also the conductor wrapped in the heat conductor can be placed in the sample It is. The number of conductors is not limited to one, and a plurality of conductors can be arranged. The conductor is not limited to a metal piece, and any conductor such as graphite having an appropriate electrical resistance can be used as long as the conductor is plated. It is easy to separate and collect conductors and is practically easy to use.

図3にいくつかの例を示す。左は試料の一端に導電体を1個配置したものである。中央は複数の導電体を試料中に埋め込んだものである。右は担体に導電体をメッキ・蒸着した実施形態である。右の実施形態は、担体の向きを逆にすれば、試料と導電体の直接接触も可能となる。   FIG. 3 shows some examples. On the left, one conductor is placed at one end of the sample. In the center, a plurality of conductors are embedded in the sample. On the right is an embodiment in which a conductor is plated and evaporated on a carrier. In the right embodiment, if the orientation of the carrier is reversed, direct contact between the sample and the conductor is also possible.

さらに、熱伝導体の形状を工夫することにより、試料への熱伝導の効率を向上させ得る。例えば、図4の左例のように、試料中に熱伝導体を突き出させた形状にすれば、試料を均一に効率良く加熱できる。また、図4の右例のように、熱伝導体中に試料を配置することで、同様の効果が期待される。   Furthermore, the efficiency of heat conduction to the sample can be improved by devising the shape of the heat conductor. For example, as shown in the left example of FIG. 4, if the heat conductor is protruded into the sample, the sample can be heated uniformly and efficiently. Moreover, the same effect is anticipated by arrange | positioning a sample in a heat conductor like the right example of FIG.

本実施例の動作を以下に説明する。静磁場中で導電体を移動・回転させると、導電体を切る磁束の変化に応じて、誘導電流が導電体に流れることが知られている。この誘導電流は、導電体の抵抗により消費され、熱として発散される。すなわち、静磁場中で導電体を移動・回転させることにより、運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、導電体から熱が放散される。本実施例では、この原理を利用して、導電体を発熱体として利用する。   The operation of this embodiment will be described below. It is known that when a conductor is moved and rotated in a static magnetic field, an induced current flows through the conductor in accordance with a change in magnetic flux that cuts the conductor. This induced current is consumed by the resistance of the conductor and dissipated as heat. That is, by moving and rotating the conductor in a static magnetic field, kinetic energy is converted into heat energy, and heat is dissipated from the conductor. In this embodiment, using this principle, a conductor is used as a heating element.

静磁場中での運動→誘導電流により導電体が発熱→試料温度が上昇。   Movement in static magnetic field → Conductor generates heat due to induced current → Sample temperature rises.

試料回転は、NMRでは一般的に使われている技術であり、従来装置に改変を加えることなく、導電体の封入のみで実現可能である。固体NMRでは、magic angle spinning(MAS)と呼ばれる試料回転技術が広く用いられているが、磁化率テンソルが等方的である限りは、磁化率の不適合による効果はMASにより消去することができる。すなわち、固体NMRのMAS装置の場合には、導電体による磁化率の不適合の問題は小さい。   Sample rotation is a technique commonly used in NMR, and can be realized only by enclosing a conductor without modifying the conventional apparatus. In solid-state NMR, a sample rotation technique called magic angle spinning (MAS) is widely used. However, as long as the magnetic susceptibility tensor is isotropic, the effect of magnetic susceptibility mismatch can be eliminated by MAS. That is, in the case of a solid-state NMR MAS apparatus, the problem of incompatibility of magnetic susceptibility due to a conductor is small.

固体NMRのMAS装置を用いて実施した例を以下に示す。導電体として、銅箔を試料とともに試料管内に封入した。試料温度を観測するために、試料として硝酸鉛を使用し、207Pb核のNMR信号を観測した。硝酸鉛の207Pb核のNMR信号は、その位置が試料温度に依存して非常に敏感に変化することが知られている〔T. Takahashi, H. Kawashima, H. Sugisawa, T. Baba, Solid State Nucl. Magn. Reson., 15 (1999), 119-123〕。そこで、207Pb核のNMR信号位置を観測することで、試料温度を見積もることができる。 Examples carried out using a solid-state NMR MAS apparatus are shown below. As a conductor, a copper foil was enclosed in a sample tube together with a sample. In order to observe the sample temperature, lead nitrate was used as a sample, and an NMR signal of 207 Pb nuclei was observed. It is known that the NMR signal of 207 Pb nuclei of lead nitrate changes very sensitively depending on the sample temperature [T. Takahashi, H. Kawashima, H. Sugisawa, T. Baba, Solid State Nucl. Magn. Reson., 15 (1999), 119-123]. Therefore, the sample temperature can be estimated by observing the NMR signal position of the 207 Pb nucleus.

1kHzの試料回転を行なったときの207Pb核のNMRスペクトルを図5に示す。スピニングサイドバンドと呼ばれる人為的なピークが多く現れているが、ピークの真の位置は、*で印をつけたピーク位置である。 FIG. 5 shows the NMR spectrum of the 207 Pb nucleus when the sample is rotated at 1 kHz. Many artificial peaks called spinning sidebands appear, but the true peak position is the peak position marked with *.

上側が銅箔なし、下側が銅箔ありの例である。銅箔のありなしで、ピーク位置、分解能ともに有意な差は観測されなかった。銅箔を入れたことにより生じる磁化率の不適合による効果は、MASにより消去されている。ピーク位置に変化がないので、1kHzの低速な試料回転では、導電体に十分に熱が発生せず、温度上昇が起きなかったと考えられる。   This is an example in which the upper side has no copper foil and the lower side has a copper foil. No significant difference in peak position and resolution was observed with and without copper foil. The effect of the magnetic susceptibility mismatch caused by inserting the copper foil is eliminated by MAS. Since there is no change in the peak position, it is considered that the heat was not sufficiently generated in the conductor and the temperature did not rise during the low-speed sample rotation of 1 kHz.

次に、試料回転速度を15kHzに上昇させて測定した結果を図6に示す。上側が銅箔なし、下側が銅箔ありの例である。銅箔ありでは、207Pb核のNMR信号位置が明瞭にシフトし、線形が幅広く変化していることが分かる。この信号位置のシフトは、試料の温度上昇によって引き起こされたものであり、約15℃の温度上昇に相当する。線幅の広がりは、温度に空間分布が生じていることを示している。 Next, FIG. 6 shows the measurement results obtained by increasing the sample rotation speed to 15 kHz. This is an example in which the upper side has no copper foil and the lower side has a copper foil. It can be seen that with the copper foil, the NMR signal position of the 207 Pb nucleus is clearly shifted and the linearity is widely changed. This signal position shift is caused by the temperature rise of the sample and corresponds to a temperature rise of about 15 ° C. The broadening of the line width indicates that there is a spatial distribution in temperature.

この結果から、本発明の方法が確かに動作することが示された。   From this result, it was shown that the method of the present invention surely works.

この実施例では、試料管の中に、試料とともに共振器の発熱体を同封する。そして、試料管の外側に、この共振器と誘導結合する外部素子を配置する。図7に封入用の共振器の一例を示す。   In this embodiment, a resonator heating element is enclosed in a sample tube together with a sample. An external element that is inductively coupled to the resonator is disposed outside the sample tube. FIG. 7 shows an example of an encapsulating resonator.

図7に示すように、本実施例に利用される共振器は、インダクターLとキャパシターCでループを構成し、LC共振回路を形成することによって、外部素子が放射する電磁波エネルギーを共振・吸収できる構成となっている。   As shown in FIG. 7, the resonator used in the present embodiment can resonate and absorb electromagnetic wave energy radiated by an external element by forming a loop with an inductor L and a capacitor C and forming an LC resonance circuit. It has a configuration.

外部素子と共振器の間にM結合やC結合などの誘電結合があるとき、外部素子から電磁波を印加すると、空間を介して共振器に電流が流れる。吸収された電磁波エネルギーは、LC共振回路内を電流となって流れ、回路内に挿入された抵抗Rにより熱エネルギーに変換されて、近傍の試料に伝達される。   When there is dielectric coupling such as M coupling or C coupling between the external element and the resonator, when an electromagnetic wave is applied from the external element, a current flows to the resonator through the space. The absorbed electromagnetic wave energy flows as a current in the LC resonance circuit, is converted into thermal energy by a resistor R inserted in the circuit, and is transmitted to a nearby sample.

この電流は、照射される電磁波の周波数が共振器の共振周波数と一致したときに最大となる。ゆえに、電磁波の周波数と共振器の共振周波数は互いに近い方が良い。   This current becomes maximum when the frequency of the irradiated electromagnetic wave coincides with the resonance frequency of the resonator. Therefore, the frequency of the electromagnetic wave and the resonance frequency of the resonator should be close to each other.

このような誘電結合により空間を介して電気エネルギーを移送する方法は、例えば携帯電話の充電器等に広く用いられており、もし仮に、図7中の抵抗Rのところに蓄電池と整流回路が入ると、携帯電話の充電機構の構成そのものとなる。   Such a method of transferring electric energy through a space by dielectric coupling is widely used in, for example, a mobile phone charger, etc. If a storage battery and a rectifier circuit are inserted at the resistor R in FIG. Thus, the structure of the charging mechanism of the mobile phone itself is obtained.

本実施例の原理を図8に示す。図8にあるように、外部素子を通じて共振器の共振周波数の電磁波を照射することにより、共振器に電流が流れる。この電流は、共振器内の抵抗によって消費され、熱に変換される。   The principle of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 8, a current flows through the resonator by irradiating an electromagnetic wave having a resonance frequency of the resonator through an external element. This current is consumed by the resistance in the resonator and converted to heat.

試料管は、必ずしも断熱されている必要はないが、断熱により外部への熱の放射が抑えられている方が、昇温に有利である。また、試料の磁化率に近い磁化率を持つ共振器を用いる方が、磁化率のマッチング不適合による影響を最小限に抑えることができ、有利である。また、観測核と同じ核種を含まない材料で共振器を作成すれば、NMRのバックグラウンド信号も出ない。   The sample tube does not necessarily need to be insulated, but it is advantageous to raise the temperature if the heat radiation suppresses the radiation of heat to the outside. In addition, it is advantageous to use a resonator having a magnetic susceptibility close to that of the sample because the influence of the magnetic susceptibility matching mismatch can be minimized. In addition, if a resonator is made of a material that does not contain the same nuclide as the observation nucleus, no NMR background signal is produced.

照射される電磁波がNMR測定を妨害しないためには、観測核や結合核の共鳴周波数から少なくとも100MHz以上離れた周波数の電磁波を照射に用いる必要がある。   In order to prevent the irradiated electromagnetic wave from interfering with the NMR measurement, it is necessary to use an electromagnetic wave having a frequency separated from the resonance frequency of the observation nucleus or the bond nucleus by at least 100 MHz for irradiation.

この実施例では、必ずしも静磁場を必要としないので、静磁場を使わない核四極子共鳴(NQR)においても実施できる。また、実施例1とは異なり、外部の電磁波の強度制御、および電磁波のON/OFFによって、共振器の発熱の度合いを制御できるので、温度制御が容易となる。   In this embodiment, since a static magnetic field is not necessarily required, it can also be performed in nuclear quadrupole resonance (NQR) that does not use a static magnetic field. Further, unlike the first embodiment, the degree of heat generation of the resonator can be controlled by controlling the intensity of the external electromagnetic wave and turning on / off the electromagnetic wave, so that the temperature control becomes easy.

本実施例は、実施例1と同時に実行できる。すなわち、試料回転の下で実行することにより、共振器は導電体として発熱する。共振器の配置には、さまざまな配置が考えられ、実施例1に示した配置がそのまま利用できる。   This embodiment can be executed simultaneously with the first embodiment. That is, the resonator generates heat as a conductor when executed under sample rotation. Various arrangements can be considered for the arrangement of the resonators, and the arrangement shown in the first embodiment can be used as it is.

ESRやNMRやNQRの磁気共鳴装置に広く利用できる。   It can be widely used in ESR, NMR, and NQR magnetic resonance apparatuses.

Claims (5)

導電体を試料とともに試料管内に封入し、静磁場中で回転させることにより誘導電流を導電体に誘起して、導電体を誘導加熱することにより試料を加熱することを特徴とする磁気共鳴装置の試料加熱方法。 A magnetic resonance apparatus characterized by enclosing a conductor together with a sample in a sample tube, inducing an induced current in the conductor by rotating in a static magnetic field, and heating the sample by inductively heating the conductor. Sample heating method. 前記導電体は、試料の磁化率に近い値の磁化率を有していることを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴装置の試料加熱方法。 2. The sample heating method for a magnetic resonance apparatus according to claim 1, wherein the conductor has a magnetic susceptibility close to that of the sample. 前記導電体は、銅であることを特徴とする請求項1または2記載の磁気共鳴装置の試料加熱方法。 3. The sample heating method for a magnetic resonance apparatus according to claim 1, wherein the conductor is copper. 共振器を試料とともに試料管内に封入し、試料管の外部より前記共振器の共振周波数に近い周波数の電磁波を照射することにより誘導電流を共振器に誘起して、共振器を誘導加熱することにより試料を加熱することを特徴とする磁気共鳴装置の試料加熱方法。 By enclosing the resonator together with the sample in the sample tube, and irradiating an electromagnetic wave having a frequency close to the resonance frequency of the resonator from the outside of the sample tube to induce an induced current in the resonator and inductively heating the resonator A sample heating method for a magnetic resonance apparatus, characterized by heating a sample. 前記共振器は、空間を介した誘導結合により、外部から電磁波エネルギーを受け取ることを特徴とする請求項4記載の磁気共鳴装置の試料加熱方法。 5. The sample heating method for a magnetic resonance apparatus according to claim 4, wherein the resonator receives electromagnetic energy from outside by inductive coupling through a space.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107238810A (en) * 2017-07-24 2017-10-10 西安科技大学 A kind of experimental system of sample temperature-rise period Magnetisability determination

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006145279A (en) * 2004-11-17 2006-06-08 Hitachi Ltd Sample temperature controller of nmr analyzer
JP2006522924A (en) * 2003-04-14 2006-10-05 アマシャム ヘルス アール アンド ディー アーベー Method and configuration of NMR spectroscopy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006522924A (en) * 2003-04-14 2006-10-05 アマシャム ヘルス アール アンド ディー アーベー Method and configuration of NMR spectroscopy
JP2006145279A (en) * 2004-11-17 2006-06-08 Hitachi Ltd Sample temperature controller of nmr analyzer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013028668; J. Burri, R. Crockett, R. Hany, D. Rentsch: '"High-temperature NMR using inductive heating"' Review of Scientific Instruments Vol.61, No.1, Part 1, 199001, p.77-80 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107238810A (en) * 2017-07-24 2017-10-10 西安科技大学 A kind of experimental system of sample temperature-rise period Magnetisability determination
CN107238810B (en) * 2017-07-24 2023-02-24 西安科技大学 Experimental system for magnetic susceptibility determination in sample temperature rise process

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