JP2013205223A - Nmrプローブ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高周波磁場を発生する測定コイル内部に、前記測定コイルと外周面が電気良導体で形成された高周波磁場遮蔽器を設置する。前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき一様な断面をもつ。試料は、前記測定コイルの内面と前記高周波磁場遮蔽器の前期外周面との間の空間に設定される。測定コイルに流れる電流が一定であれば、コイル内に生じる全磁束は一定であるが、高周波磁場遮蔽器の内部には浸入できないので、残余の空間における高周波磁場の磁束密度は増大する。これにより、高周波磁場強度の増大や試料充填率の向上の効果がもたらされる。
【選択図】図3
Description
NMRプローブ装置は、測定コイル、共振器、整合器等から構成されており、試料を静磁場の中心近傍の所定の位置に設定し、NMR測定を行うのに用いられる。NMRプローブ装置は、磁場発生装置と機械的に接続され、また同時に、NMR分光計と電気的に接続され、NMR測定が行われる。
図1には、このような固体NMR測定の一つである固体広幅NMR測定で一般的に用いられるプローブ装置における、測定コイルの近傍の構造が図示されている。座標系は、静磁場B0の中心を原点とする、XYZ直交座標系を採用し、静磁場B0の方向をZ軸としている。なお、特に説明しない構成要素については図示していない。
印加する励起パルスは、概ねそのパルス幅の逆数のオーダーの帯域幅をもち、その帯域幅の共鳴周波数をもつ原子核スピンを励起することができる。そのため、広い帯域のスペクトルを得たい場合、すなわち、広範囲のスピンを励起したい場合は、励起パルスの幅を狭くしなければならない。狭いパルス幅で、十分な励起強度を得るには、励起パルスの強度を大きくしなければならない。言い換えると、励起パルスの強度が大きければ、その大きさに反比例して、90度パルスのパルス幅は狭くなり、より広帯域の測定をすることができる。
測定コイルに電流が流れると測定コイル内部の円柱状の空間に概ね一様の磁場が発生するが、このようなソレノイド型のコイルは、その形状を円筒で近似し、電流を円筒の周に沿って一様に流れる電流で近似することができる。
図2(a)及び(b)はそれぞれ縦断面図及び横断面図であり、(a)上にBで示される面における断面図が(b)であり、(b)上にAで示される面における断面図が(a)である。
図3には本発明の実施例1について、その実施の形態を示している。高周波磁場遮蔽器60は円筒形を為しており、測定コイル10と同軸上に、両者の中心が概ね一致するように配置されている。高周波磁場遮蔽器60の外周面は電気良導体である無酸素銅で作られている。高周波磁場遮蔽器60の外周面の材質は電気良導体ならばよく、銅の他に、金、銀、アルミニウム等を利用することができる。
MASプローブの場合は測定コイルの軸はXY平面と概ね35.3度の角度で交わるが、この場合、測定コイルの発生する磁場のうちXY平面に射影される成分がB1として有効に働くことになる。
高周波磁場遮蔽器の形状は実施例1のような円筒状に限らない。高周波磁場の浸入を排除するような断面をもち、残余の空間に試料を設定できれば良い。
本実施例の高周波磁場遮蔽器60bは、図8に示されるように、6個の部品(高周波磁場遮蔽器)を、回転対称となるように配置することにより構成されている。各部品の断面は、中心角60度の扇型から、円弧の中心付近を切り欠き、辺を削り取った形状をしている。円弧の中心付近を切り欠きにより、各部品は、中心軸近傍に設けられた試料を収納するための円柱形状の空間と接する。また、辺を削り取った分だけ、相互に離れて配置される。すなわち、本実施例の高周波磁場遮蔽器60bは、円筒を、その中心軸を通る面により、一定の切断シロを伴って、6等分割したときに得られる形状をしている。ここで切断シロとは、切断に伴って面と平行に削り取られる幅のことであり、例えば切断に砥石やノコ等の刃物を用いたときの刃物の幅に相当する。
これらの部品の表面は電気良導体で滑らかに形成されており、部品単体として、高周波磁場遮蔽器としての構成要件を満たしている。辺と辺との間の空間には、電気絶縁体であるエポキシ樹脂が充填されている。この場合の、高周波磁場空間20bは、図8(c)に示される。試料は中心近傍に設けられた、概円柱状の試料空間50bの内部に設定される。
円弧部分は、測定コイルに対して一定の距離を隔てて沿うような形状であることが望ましい。このような形状により、高周波磁場遮蔽器の断面積が可能な限り大きくすることができ、高周波磁場空間20bの断面積を可能な限り小さくすることができる。
なお、本実施例では、高周波磁場遮蔽器の数は6であり、それらを6回の回転対称の配置としているが、この6という数の選択は任意であり、2以上の任意の自然数nとすることができる。この数nが大きいほど高周波磁場の均一度の向上が期待されるが、数nにあまりに大きな数を設定すると、得られる高周波磁場の強度は低下してしまう。これは、複数の高周波磁場遮蔽器を設置する場合、近接効果による効率の低下を避けるため、各々の間に一定の隙間を設けなければならないためである。そのため、高周波磁場遮蔽器の数は12個以下とするのが望ましく、3〜8個とするのがさらに望ましい。
本実施例においては、図9に示すように、2つの高周波磁場遮蔽器60cが、測定コイル10の中心軸上に設けられた薄い板状の直方体の試料空間50cを、その厚さ方向から挟み込むように、互いに一定の間隔を隔てて設置されている。試料は、板状の試料空間50cに設定される。
高周波磁場遮蔽器60cの断面形状は、図9(b)に示すように、円弧と弦との組み合わせであって、その円弧部分は、測定コイルに対して一定の距離を隔てて沿うような形状であることが望ましい。この形状により、測定に必要な試料空間を確保しつつ、高周波磁場空間20cの断面積を効果的に小さくすることができる。
本実施例の高周波磁場遮蔽器60cは、円柱を、その中心軸を通る面により、一定の切断シロを伴って、2分割したときに得られる形状をしている。
試料が少量しかなかったり、試料が特殊な形状をもっていたりして、測定コイルの内部に大きな隙間が空いてしまう場合、そのままでは、試料充填率が小さくなるのが避けられない。
このように、薄板状の試料を測定する場合、実施例3の構成により測定するとよい。高周波磁場空間は図9(c)に示されるような板状の空間を含む小さな空間に制限されるので、試料充填率は相対的に向上し、高感度な測定を行うことができる。
20、20a、20b、20c 高周波磁場の発生する空間
30、30b、30c 試料管筐体
40、40a、40b 蓋
50、50a、50b、50c 試料空間
60、60b、60c 高周波磁場遮蔽器
61 高周波磁場遮蔽器の筐体
62 高周波磁場遮蔽器の内部
63 高周波磁場遮蔽器の表面
70 PTFE管
d 厚さ
A 切断面を指定する記号
B 切断面を指定する記号
B0 静磁場
B1 高周波磁場
X X軸、測定コイルの中心軸
Y Y軸
Z Z軸、静磁場の方向
Claims (7)
- 測定コイルの内側に、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を設置し、前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されることを特徴とするNMR測定方法。
- 測定コイルの内側に、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を設置し、前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
- 請求項2に記載のNMRプローブ装置であって、前記外周面の前記測定コイルの中心軸に垂直な切断面で切断したときの断面形状が、前記切断面を前記中心軸に沿って移動したとき、少なくとも測定コイルの全長に亘って、一様であることを特徴とするNMRプローブ装置。
- 請求項2または3に記載のNMRプローブ装置であって、前記高周波磁場遮蔽器は、筒状の非電気伝導体を筐体とし、前記筐体の外周面には電気伝導体からなる薄膜が形成され、前記筐体の内部に静磁場の一様性を向上するために用いる試料を収納するための空間を設けたことを特徴とするNMRプローブ装置。
- 請求項2から4のいずれかに記載のNMRプローブ装置であって、複数の前記高周波磁場遮蔽器が、前記測定コイルの中心軸上に設けられた円柱形状の空間の周囲を取り囲むように、前記測定コイルの中心軸に対して回転対称な配置で、互いに一定の間隔を隔てて設置され、前記円柱形状の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
- 請求項2から4のいずれかに記載のNMRプローブ装置であって、複数の前記高周波磁場遮蔽器が、前記測定コイルの中心軸近傍に設けられた板状の空間を挟むように、前記測定コイルの中心軸に対して回転対称な配置で、互いに一定の間隔を隔てて設置され、前記板状の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
- 請求項1に記載のNMR測定方法または請求項2から6のいずれかに記載のNMRプローブ装置で用いるNMR試料管であって、筒状の筐体からなり、前記筐体の内部に、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器が、少なくとも1つ設置されることを特徴とするNMR試料管。
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