JP2540472B2 - Multi-quantum NMR using frequency-modulated chirp pulse - Google Patents

Multi-quantum NMR using frequency-modulated chirp pulse

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JP2540472B2 JP2510497A JP51049790A JP2540472B2 JP 2540472 B2 JP2540472 B2 JP 2540472B2 JP 2510497 A JP2510497 A JP 2510497A JP 51049790 A JP51049790 A JP 51049790A JP 2540472 B2 JP2540472 B2 JP 2540472B2
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【発明の詳細な説明】 本発明は、磁界をかけられた核スピン系に、第1のπ
/2パルス、該第1のπ/2パルスに続くデフォーカシング
時間間隔τの経過の後に発生せしめられる第1のπパル
ス及び該第1のπパルスに続くもう一つの時間間隔τの
経過後に発生せしめられる第2のπ/2パルスから成る基
本サンドイッチを含んでなるRFパルスの第1の系列を照
射することによりNMRパルス実験において多量子、特に
二量子コヒーレンスを励起し、該励起された多量子コヒ
ーレンスを、前記核スピン系にRFパルスの第2の系列を
照射することにより、縦磁化に再転換し、自由誘導減衰
を誘導する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a nuclear spin system to which a first π
/ 2 pulse, generated after the elapse of the defocusing time interval τ following the first π / 2 pulse and after the elapse of another time interval τ following the first π pulse Excitation of multiple quanta, especially two-quantum coherence, in an NMR pulse experiment by irradiating a first series of RF pulses comprising a fundamental sandwich consisting of a second π / 2 pulse The present invention relates to a method of reconverting coherence into longitudinal magnetization by irradiating the nuclear spin system with a second series of RF pulses to induce free induction decay.

上述の種類の方法は、ディー・ピーヴァイトカンプ
(D.P.Weitekamp)によるAdv.Magn.Reson.11,111(198
3)の科学出版物から公知である。
A method of the kind described above is described by DP Weitekamp in Adv.Magn.Reson. 11 , 111 (198
3) Known from scientific publications.

多くの現代のNMR法は、横磁化、あるいはより一般的
にはp量子コヒーレンスが、1つのスピン(あるいはス
ピンの組)から別のそれへ移動するコヒーレンス移動の
現象を利用している。最もよく知られた例の中には、相
関分光法及び多量子NMRがある。これらの実験の多く
は、密度演算子(density operator)の回転を誘導する
ために言わわる「固い(hard)」パルスの広範囲の利用
に基づいている。実際は、そのようなパルスは、真にオ
フセット非依存的(offset−independent)であるのに
十分なほど固くないので、オフレゾナンス(off−reson
ance)効果(傾むいた有効磁場)を考慮に入れなければ
ならない。相関分光法(COSY)におけるように最も簡単
な実験においては、オフレゾナンス効果は、単に、適当
なデータ処理により容易に補正できる相対的に無害な位
相誤差をもたらすのみである。
Many modern NMR methods make use of the phenomenon of transverse magnetization, or more generally p-quantum coherence transfer from one spin (or set of spins) to another. Among the best known examples are correlation spectroscopy and multi-quantum NMR. Many of these experiments are based on the extensive use of said "hard" pulses, which are said to induce rotation of the density operator. In practice, such a pulse is not stiff enough to be truly offset-independent, and thus off-resonance.
ance) effect (tilted effective magnetic field) must be taken into account. In the simplest experiments, such as in Correlation Spectroscopy (COSY), the off-resonance effect simply results in a relatively harmless phase error that can be easily corrected by appropriate data processing.

しかし、より高級な実験においては、連続的なパルス
における誤差は、所望のコヒーレンス移動処理の完全な
失敗に至り得る累積効果を持つことが多い。かくして、
上述の引用による多量子NMRにおいては、コヒーレンス
は、3つの単色無線周波数パルス(π/2−τ−π−τ−
π/2)のサンドイッチにより励起されている。もし有効
磁場が傾むくと、このサンドイッチは完全に失敗する可
能性がある。この点は、コンポジットパルスを組み込ん
だ別の系列を提案したレビット及びエルンスト(Levitt
and Ernst)により、Mol.Phys.50,1109(1983)におい
て詳細に論じられている。これらの系列は、幾つかの連
続的な回転は単一の回転よりも良好な全体としての挙動
を有するように設計できるという考えに基づいている。
コンポジットパルスの制約は、それらが制限された周波
数窓(frequency window)に亘ってのみ、典型的にはRF
振幅に匹敵するオフセット範囲に亘ってのみ十分に性能
を発揮するという点である。
However, in more sophisticated experiments, errors in successive pulses often have cumulative effects that can lead to complete failure of the desired coherence transfer process. Thus,
In the multi-quantum NMR quoted above, the coherence is determined by three monochromatic radio frequency pulses (π / 2-τ-π-τ-
It is excited by a sandwich of π / 2). If the effective magnetic field tilts, this sandwich can fail altogether. This is because Levitt and Ernst, who have proposed another series incorporating composite pulses.
and Ernst) in Mol. Phys. 50 , 1109 (1983). These series are based on the idea that some consecutive rotations can be designed to have better overall behavior than a single rotation.
The constraint of composite pulses is that they are typically RF only over a limited frequency window.
The point is that the performance is sufficiently exerted only over an offset range comparable to the amplitude.

下記においては、磁化を磁場と一列になった初期状態
から、磁化が磁場に対して直角な新しい状態に転換する
パルスを「π/2パルス」と呼ぶのに対し、該横磁化を、
スピンエコーが生じるような仕方で横磁化に転換するパ
ルスを「πパルス」と呼ぶことにする。
In the following, a pulse that switches the magnetization from the initial state aligned with the magnetic field to a new state in which the magnetization is perpendicular to the magnetic field is called a "π / 2 pulse", while the transverse magnetization is
A pulse that is converted into transverse magnetization in a manner that causes a spin echo will be called a "π pulse".

レビット及びエルンストのように、弱く結合したスピ
ン1/2核の対の二量子分光法に注意を集中しよう。分子
構造の分光法による認識の観点からは、この種の可能性
として最も有望な実験のうちの一つは、J.Am.Chem.Soc.
102,4849(1980)におけるエイ バックス等(A.Bax et
al.)からINADEQUATEの名のもとに知られている。この
方法により、二次元スペクトルにおいて信号を検査する
だけで有機分子の全炭素骨格を同定することが可能にな
る。この方法は、任意のスペクトル幅に亘って二量子コ
ヒーレンスの信頼できる励起を得る上での困難が存在し
なければ、より大きな人気を博するであろうことは疑い
もないであろう。
Let's focus on two-quantum spectroscopy of weakly coupled pairs of spin-1 / 2 nuclei, such as Levitt and Ernst. In terms of spectroscopic recognition of molecular structure, one of the most promising experiments of this kind is J. Am. Chem. Soc.
102 , 4849 (1980) in Avax et al. (A. Bax et
al.) and is known under the name INADEQUATE. This method makes it possible to identify the total carbon skeleton of an organic molecule simply by examining the signal in the two-dimensional spectrum. There is no doubt that this method will gain greater popularity in the absence of difficulties in obtaining reliable excitation of biquantum coherence over arbitrary spectral widths.

したがって、本発明の主要な目的は、比較的小さい振
幅のRFパルスを用いて広いオフセット範囲に亘って効率
的に多量子コヒーレンスを励起する冒頭に述べた種類の
方法を提供することである。
The main object of the present invention is therefore to provide a method of the kind mentioned at the outset for efficiently exciting multiquantum coherence over a wide offset range with relatively small amplitude RF pulses.

本発明の一つの態様によれば、この目的は、前記基本
サンドイッチの3つのRFパルスが、各々持続時間tPを有
するチャープパルスであって、該持続時間の間、励起用
RF場の周波数が下限周波数ωRFminから上限周波数ω
RFmaxに又はその逆に時間に関して単調な関係で掃引さ
れるチャープパルスであり、該基本サンドイッチに持続
時間tP/2及び前記第1のπ/2パルスの振幅の2〜4倍の
振幅を有する第4のチャープパルスが続く方法によって
達成される。
According to one aspect of the invention, the object is that the three RF pulses of the basic sandwich are chirp pulses each having a duration t P , during which the excitation
The frequency of the RF field is from the lower limit frequency ω RFmin to the upper limit frequency ω
A chirp pulse swept monotonically with respect to RFmax or vice versa, having a duration t P / 2 in the basic sandwich and an amplitude of 2 to 4 times the amplitude of the first π / 2 pulse The fourth chirp pulse is achieved by the following method.

「Jounal of Magnetic resonance」第84巻、第1号、
1989年夏、第191−197頁において、本発明の共同発明者
であるゲー ボーデンハウゼン及びヨット エム ベー
レンは、エム レイとともに「位相分散なしの広帯域励
起用チャープパルスを用いた再結像」と題する記事を公
けにした。この公開記事(publication)は、チャープ
パルスを用いた一量子コヒーレンスの励起及び観測の方
法を説明するものである。しかし、この論文において
は、二量子もしくは多量子コヒーレンスを励起するいか
なる方法も論議されず、また該公開記事は核の対の相関
に類似するいかなるものも開示しておらず、ただ一核種
の磁化の励起及び観測を開示しているのみである。
"Jounal of Magnetic resonance" Vol. 84, No. 1,
In the summer of 1989, pp. 191-197, co-inventors of the present invention, Gebodenhausen and Yacht-M. Beren, entitled "Reimaging with Chirp Pulses for Broadband Excitation without Phase Dispersion" with M. Ray. Published the article. This publication describes a method of exciting and observing single quantum coherence using chirp pulses. However, in this paper no method for exciting two-quantum or multi-quantum coherence is discussed, and the published article does not disclose anything similar to the correlation of a pair of nuclei, only the magnetization of one nuclide. It only discloses the excitation and observation of.

多量子コヒーレンスは、スピン系に対する基本サンド
イッチの3つのRFパルスの作用により発生させられる
が、続く第4のチャープパルスは多量子コヒーレンスの
位相を、位相が大きな帯域幅に亘ってほとんどオフセッ
ト非依存的であるように再結像させる。チャープパルス
の系列は、大きなオフセット及び傾むいた有効磁場の作
用効果に打ち勝つコンポジットパルスに対する代替物と
見なすことができる。本発明のチャープパルス系列によ
り、磁化ベクトルの再結像の条件が満たされる、即ち、
さもなければ考慮されるべき位相歪みを非常に大きな帯
域幅に亘って無視できるように保つことができ、したが
って、本発明は、パルス分光法技術の利点をCW分光法の
それらと結びつけるものである。しかも、単色の固いパ
ルスの代わりにチャープパルスを用いることにより、多
量子コヒーレンスの励起に必要なパルス振幅がかなり低
減されるが、これは本発明の方法の生体内(in−vivo)
への適用の分野において、例えば、NMRイメージング又
はNMR−インヴィヴォ(in−vivo)−分光法において、
特に大きな利点を有する。
The multi-quantum coherence is generated by the action of three RF pulses of the basic sandwich on the spin system, but the fourth chirp pulse that follows is the phase of the multi-quantum coherence, which is almost offset-independent over a large phase bandwidth. Reimage as A series of chirp pulses can be viewed as an alternative to composite pulses that overcome the effects of large offsets and tilted effective magnetic fields. The chirp pulse sequence of the present invention satisfies the condition for re-imaging the magnetization vector, that is,
The phase distortions that should otherwise be taken into account can be kept negligible over a very large bandwidth, and thus the present invention combines the advantages of pulse spectroscopy techniques with those of CW spectroscopy. . Moreover, by using chirp pulses instead of monochromatic hard pulses, the pulse amplitude required for excitation of multiquantum coherence is significantly reduced, which is in-vivo for the method of the invention.
In the field of application, for example in NMR imaging or NMR-in-vivo-spectroscopy,
It has a particularly great advantage.

本発明の方法の好ましい態様においては、3つのRFパ
ルスの基本サンドイッチの直ぐ後に、前記第4の再結像
用チャープパルスが続き、かくして緩和時間を最小化す
るが、このことは緩和による多量子コヒーレンスの損失
がより少なくなり、したがって方法の感度がより大きく
なることを意味する。
In a preferred embodiment of the method of the present invention, the basic sandwich of three RF pulses is immediately followed by said fourth re-imaging chirp pulse, thus minimizing the relaxation time, which is a multiquantum due to relaxation. It means less loss of coherence and therefore greater sensitivity of the method.

本発明の方法は、前記第1のチャープπパルスの振幅
に対してあまり感度がよくないが、ほとんどの実際的な
場合が、第1のπパルスの振幅を第1のπ/2パルスの振
幅の2〜4倍、好ましくは約2.8倍に選択することによ
って、カバーされる。基本サンドイッチにおける第2の
π/2パルスの振幅は、第1のπ/2パルスの振幅と略同じ
であるべきであり、第4のチャープパルスの振幅は、基
本サンドイッチにおける第1のπ/2パルスの振幅の約3.
3倍に選択すべきである。
Although the method of the present invention is not very sensitive to the amplitude of the first chirp π pulse, in most practical cases the amplitude of the first π pulse will be the amplitude of the first π / 2 pulse. 2 to 4 times, preferably about 2.8 times, is covered. The amplitude of the second π / 2 pulse in the basic sandwich should be approximately the same as the amplitude of the first π / 2 pulse, and the amplitude of the fourth chirp pulse is the first π / 2 pulse in the basic sandwich. About the pulse amplitude of 3.
Should be tripled.

本発明のもう一つの目的は、観測不能な多量子コヒー
レンスから、(例えば、2スピン系におけるスピンA及
びMの)観測可能な一量子コヒーレンスを回収すること
である。このことは、本発明のもう一つの態様によれ
ば、RFパルスの第1の系列により発生した多量子エコー
に続く位相分散(dephasing)時間間隔τの後にRFパ
ルスの第2の系列が開始され、RFパルスの第2の系列
は、RF場の周波数が下限周波数ωRFMINから上限周波数
ωRFMAXまで時間に対して単調な関係で掃引される持続
時間tP/2を有するチャープ再結像πパルスと持続時間tP
の後続のチャープπ/2パルスとを含んで成る時に達成さ
れる。
Another object of the present invention is to recover the observable single quantum coherence (eg, of spins A and M in a two-spin system) from the unobservable multiquantum coherence. This means, according to another aspect of the invention, that the second sequence of RF pulses starts after a phase-dispersing time interval τ 1 following a multi-quantum echo generated by the first sequence of RF pulses. And the second sequence of RF pulses is a chirp re-imaging π with a duration t P / 2 in which the frequency of the RF field is swept monotonically with respect to time from the lower limit frequency ω RFMIN to the upper limit frequency ω RFMAX. Pulse and duration t P
And a subsequent chirp π / 2 pulse of

本発明の方法の好ましい態様においては、RFパルスの
第2の系列はさらにチャープπ/2パルスに続く遅延時間
τの後に印加される持続時間τπ=tP/2のもう一つの
チャープπパルスを含んでなり、そして、得られるスピ
ンエコーが該もう一つのチャープπパルスに続く最終遅
延時間τの後に検出される。これは、純粋な位相スペ
クトル、即ち、純粋な吸収又は純粋な分散を、ω次元
において回収することを考慮にいれたものである。
In a preferred embodiment of the method of the invention, the second sequence of RF pulses is further chirp π with a duration τ π = t P / 2 applied after a delay τ 2 following the chirp π / 2 pulse. A pulse, and the resulting spin echo is detected after a final delay time τ 3 following the other chirp π pulse. This allows for the recovery of the pure phase spectrum, i.e. pure absorption or pure dispersion, in the ω 2 dimension.

スピンAとスピンM間の二量子コヒーレンスの励起の
場合には遅延時間τは、τ0になるように、そし
て最終遅延時間τは、ττπとなるように選択す
ることができる。これにより、2次元スペクトルにおい
て、逆位相構造のタブレットが得られる。もし遅延時間
τがτ(2JAM-1となるように、そして最終遅延
時間τがτ+τπ+τJAM -1となるように選ば
れ、JAMがスピンAとスピンMとの間の結合のスカラー
結合定数を表わすならば、オフセットの関数としての信
号の振幅はより平滑になる、即ち、信号の望まれない周
波数依存はより小さくなる。
For the excitation of two quantum coherences between spin A and spin M, the delay time τ 2 can be chosen to be τ 2 0 and the final delay time τ 3 to be τ 3 τ π. it can. As a result, a tablet having an antiphase structure is obtained in the two-dimensional spectrum. If the delay time τ 2 is chosen to be τ 2 (2J AM ) -1 , and the final delay time τ 3 is chosen to be τ 2 + τ π + τ 3 J AM -1 , J AM spin A and spin If we express the scalar coupling constant of the coupling with M, the amplitude of the signal as a function of the offset will be smoother, ie the unwanted frequency dependence of the signal will be smaller.

2次元スペクトルにおける同位相構造を有するタブレ
ットを得るためには、時間遅延τはτ(4JAM-1
となるようにそして最終遅延τはτ+τπ+τ
(2JAM-1となるように選択されるべきである。
In order to obtain a tablet having an in-phase structure in a two-dimensional spectrum, the time delay τ 2 is τ 2 (4J AM ) -1
And the final delay τ 3 is τ 2 + τ π + τ 3
It should be selected to be (2J AM ) -1 .

多量子コヒーレンスから観測可能な一量子コヒーレン
スを回収することは、本発明に係る方法のもう一つの態
様によっても達成可能であるが、該態様においては、基
本サンドイッチの3つのRFパルスは、各々持続時間tP
有するチャープパルスであって、該持続時間の間励起用
RF場の周波数は、下限周波数ωRFminから上限周波数ω
RFmaxまで又はその逆に時間に関して単調な関係で掃引
されるチャープパルスであり、そして、展開時間t1
に、基本サンドイッチに正確に時間反転したサンドイッ
チ、即ち各々持続時間tPを有し、互いにそれぞれ時間間
隔τだけ間をおき、上限周波数ωRFmaxから下限周波数
ωRFminに又はその逆に掃引されるπ/2、π及び再びπ/
2の種類の3つのチャープパルスが続く。
Recovering one observable quantum coherence from multiple quantum coherences can also be achieved by another aspect of the method according to the invention, in which three RF pulses of the basic sandwich are each sustained. A chirp pulse having a time t P , for excitation during the duration
The frequency of the RF field is from the lower limit frequency ω RFmin to the upper limit frequency ω
A chirp pulse swept in a monotonic relationship with respect to RFmax and vice versa, and after a deployment time t 1 , a sandwich exactly time-reversed into the basic sandwich, i.e. each having a duration t P , each of which is respectively Sweeps from the upper limit frequency ω RFmax to the lower limit frequency ω RFmin or vice versa with a time interval τ. Π / 2, π and again π /
Three chirp pulses of two kinds follow.

プロパゲータ(propagator)Vによって発生させられ
たIzの観測可能な一量子コヒーレンスへの最終的な転換
は、チャープπ/2パルスと、それに続く該先行するチャ
ープπ/2パルスの半分の持続時間と2〜4倍、好ましく
は2.8倍の振幅を有するチャープπパルスから成るエコ
ー系列により達成してもよい。
The final conversion of Iz generated by a propagator V to observable single quantum coherence is the chirp π / 2 pulse followed by half the duration of the preceding chirp π / 2 pulse and 2 It may be achieved by an echo sequence consisting of a chirp π pulse with an amplitude of ˜4 times, preferably 2.8 times.

また、基本サンドイッチにおける第1のπパルスの振
幅は、第1のπ/2パルスの振幅の2〜4倍、好ましくは
約2.8倍となるように選択されるべきであり、基本サン
ドイッチにおける第2のπ/2パルスの振幅は第1のπ/2
パルスの振幅と略同じにすべきである。
Also, the amplitude of the first π pulse in the basic sandwich should be selected to be 2 to 4 times, preferably about 2.8 times the amplitude of the first π / 2 pulse, and the amplitude of the second π pulse in the basic sandwich should be Π / 2 pulse amplitude is the first π / 2
It should be approximately the same as the amplitude of the pulse.

非常に短い展開時間t10の選択により1次元「INAD
EQUATE」スペクトルが得られる。
One-dimensional "INAD by selecting very short development time t 10
EQUATE ”spectrum is obtained.

基本サンドイッチで励起される二量子コヒーレンス
(DQC)及びゼロ量子コヒーレンス(ZQC)を再結像させ
る(refocus)ためには、有限の展開時間間隔t1の始め
か終わりに、固い再結像πパルスを印加することが可能
である。
In order to refocus the two-quantum coherence (DQC) and the zero-quantum coherence (ZQC) excited by the basic sandwich, a solid re-imaging π pulse is applied at the beginning or end of the finite expansion time interval t 1. Can be applied.

多量子コヒーレンスの再結像も、展開時間t1の間に、
基本サンドイッチの後に持続時間tP/2及び基本サンドイ
ッチの第1のπ/2パルスの振幅の2〜4倍の振幅を有す
る第4のチャープパルスが続く時には、達成可能であ
る。最も実際的な場合には、パルスのタイミングは、基
本サンドイッチの直ぐ後に第4のチャープパルスが続く
ように選択され、その振幅は基本サンドイッチ中の第1
のπ/2パルスの振幅の約3.3倍に選択される。
The re-imaging of multi-quantum coherence also occurs during the expansion time t 1 .
It is achievable when the basic sandwich is followed by a fourth chirp pulse having a duration t P / 2 and an amplitude of 2 to 4 times the amplitude of the first π / 2 pulse of the basic sandwich. In the most practical case, the timing of the pulses is chosen such that the basic sandwich is immediately followed by a fourth chirp pulse, the amplitude of which is the first in the basic sandwich.
It is selected to be about 3.3 times the amplitude of the π / 2 pulse of.

本発明に係る方法の好ましい態様においては、多量子
コヒーレンスを観測可能な一量子コヒーレンスに再転換
するためのRFパルスの第2の系列は、チャープπ/2パル
スとそれに続く該先行するチャープπ/2パルスの半分の
持続時間及び2〜4倍、好ましくは約2.8倍の振幅を有
するチャープπパルスから成る。
In a preferred embodiment of the method according to the invention, the second sequence of RF pulses for reconverting multi-quantum coherence into observable single quantum coherence comprises a chirp π / 2 pulse followed by the preceding chirp π / It consists of a chirp π pulse with half the duration of two pulses and an amplitude of 2-4 times, preferably about 2.8 times.

RFパルスの第2の系列に続く自由誘導減衰信号の採取
は、このパルス系列の立下り時に直ちに、又はある場合
には好ましいのであるが、スピンエコー信号の最大強度
時に開始してよく、後者の場合には、エコー信号のフー
リエ変換によって得られるスペクトルは本質的に位相分
散を免かれている。
The sampling of the free induction decay signal following the second series of RF pulses may start immediately at the falling edge of this pulse series or, in some cases, preferred, but at the maximum intensity of the spin echo signal, the latter of which In some cases, the spectrum obtained by the Fourier transform of the echo signal is essentially free of phase dispersion.

通常の場合には、RF励起放射線の周波数掃引は、一定
の掃引速度bで行なわれて時間に関して線形である。し
かし、特別な場合には、限界周波数ωRFmin及びωRFmax
間での非線形であるが単調な周波数掃引を行うことが役
立つかもしれない。
In the usual case, the frequency sweep of the RF excitation radiation is performed at a constant sweep rate b and is linear with time. However, in special cases, the limiting frequencies ω RFmin and ω RFmax
It may be useful to perform a non-linear but monotonic frequency sweep between.

本発明は、2次元変換分光法、同種核及び異種核相関
分光法などの様々なNMRパルス分光法用途に有用である
ので、上記の分光学的能力を有し、本発明に係る作動モ
ードを可能にする装置を備えたNMRパルス分光計も、本
発明の主題と見なされる。
Since the present invention is useful for various NMR pulse spectroscopy applications, such as two-dimensional transform spectroscopy, homonuclear and heteronuclear correlation spectroscopy, it has the above spectroscopic capabilities, An NMR pulse spectrometer equipped with an enabling device is also considered the subject of the present invention.

本発明のさらなる詳細、態様及び利点は、図面に基づ
く下記の説明から明らかになるであろうが、図面におい
て、 第1図は、RF周波数(上)の時間依存性、瞬時RF位相
(中)、そして模式的核磁気共鳴スペクトル(下)を示
し; 第2図は、a)広帯域多量子励起用に設計された3つ
のチャープパルスの基本サンドイッチ用のRF振幅γB1
びRF周波数ωRF、b)逆位相項|2IA ZIM XY|の大きさ、そ
してc)二量子項|DQC|の大きさの時間依存性を示し; 第3図は、基本サンドイッチ中の第3のパルスの初期
位相φの関数としての、第2図の基本サンドイッチに
よって励起される二量子コヒーレンス(実線)及びゼロ
量子コヒーレンス(破線)の大きさを示し、図中、a)
全てのパラメータは第2図と同様であり、b)第3のパ
ルスの有効フリップ角βはπ/4に減少せしめられてお
り; 第4図は、位相φの関数としての、スピンA(実
線)及びスピンM(破線)からのa)二量子コヒーレン
ス及びb)ゼロ量子コヒーレンスへの寄与を示し、第3
のパルスのフリップ角はβ=π/2であり; 第5図は、スピンA及びMから生じる二量子コヒーレ
ンスへの寄与のグラフであり; 第6図は、第2図の基本3パルスチャープサンドイッ
チ後のa)二量子コヒーレンス|DQC|及びb)ゼロ量子
コヒーレンス|ZQC|の大きさを示し; 第7図は、a)数値的シミュレーション及びb)パル
ス/展開モデルに基づく計算による、β=π/2を有す
る基本サンドイッチによって励起された二量子コヒーレ
ンス|DQC|の大きさを示し; 第8図は、二量子コヒーレンスに作用するチャープ再
結像パルスが後に続く励起サンドイッチの場合のRF振幅
γB1(上)及びRF周波数ωRF(下)の時間依存性を示
し; 第9図は、2スピンの相対的オフセットの関数として
の二量子コヒーレンスのa)大きさ|DQC|及びb)位相
Φを示すが、図中、第2図の系列の場合は実線で示し、
第8図の系列の場合は破線で示し; 第10図は、a)チャープパルスの再転換系列及びb)
対応|2TA XYIM Z|項の時間依存性を示し; 第11図は、オフセットΩ及びΩの関数として、二
量子コヒーレンスからの再転換により生じる逆位相一量
子項のa)大きさ|2TA XYIM Z|及び|2IA ZIM XY|並びにb)
位相φ及びφを示し; 第12図は、時間反転(time reversal)を用いた二量
子コヒーレンスのゼーマン項(Zeeman−terms)への励
起及び再転換用のRFパルス系列の時間依存性を示し; 第13図は、a)第12図におけると同様のRFパルス系列
のRF周波数ωRFと、対応するb)逆位相一量子コヒーレ
ンス2IA ZIM XY及びc)二量子項DQCの大きさの時間依存
性を示し; 第14図は、オフセットの関数としての二量子コヒーレ
ンスから再転換されたゼーマン項IA Z及びIM Zを示し;そ
して 第15図は、結合JAM=5Hz及びJA′M′=15Hzを有す
る2つの2スピンサブ系(2−spin subsystems)を示
す、拡大された領域を有するプロトンスピン系の実験的
二量子スペクトルである。
Further details, aspects and advantages of the invention will emerge from the following description based on the drawing, in which FIG. 1 shows the time dependence of the RF frequency (top), the instantaneous RF phase (middle) , And a schematic nuclear magnetic resonance spectrum (bottom) is shown; FIG. 2 a) RF amplitude γ B 1 and RF frequency ω RF , b for a fundamental sandwich of three chirp pulses designed for broadband multiquantum excitation. ) Shows the time dependence of the magnitude of the antiphase term | 2I A Z I M XY |, and c) the magnitude of the two-quantum term | DQC |; Fig. 3 shows the initial phase of the third pulse in the basic sandwich. The magnitude of the two-quantum coherence (solid line) and the zero-quantum coherence (broken line) excited by the basic sandwich of FIG. 2 as a function of the phase φ 3 is shown, a).
All parameters are the same as in FIG. 2 b) the effective flip angle β 3 of the third pulse is reduced to π / 4; FIG. 4 shows spin A as a function of phase φ 3 . (Solid line) and spin M (dashed line) show contributions to a) two-quantum coherence and b) zero-quantum coherence.
5 has a flip angle of β = π / 2; FIG. 5 is a graph of the contribution to the two-quantum coherence generated from spins A and M; FIG. 6 is the basic three-pulse chirp sandwich of FIG. The magnitudes of a) the two-quantum coherence | DQC | and b) the zero-quantum coherence | ZQC | are shown below; FIG. 7 shows β 3 = by a) numerical simulation and b) calculation based on pulse / expansion model Figure 8 shows the magnitude of the two-quantum coherence | DQC | excited by a fundamental sandwich with π / 2; Fig. 8 shows the RF amplitude γB in the case of the excitation sandwich followed by a chirp reimaging pulse acting on the two-quantum coherence. The time dependence of 1 (top) and RF frequency ω RF (bottom) is shown; FIG. 9 shows a) magnitude | DQC | and b) phase Φ of two quantum coherences as a function of relative offset of two spins. Indicates In the figure, the case of the sequence of Figure 2 indicated by solid lines,
The case of the sequence of FIG. 8 is shown by a broken line; FIG. 10 shows a) re-transformation sequence of chirp pulse and b)
Corresponding | 2T A XY I M Z | shows the time dependence of the claim; FIG. 11, as a function of the offset Omega A and Omega M, reverse phase one a quantum terms) size caused by the re-conversion from the two quantum coherence | 2T A XY I M Z | and | 2I A Z I M XY | and b)
FIG. 12 shows the phases φ A and φ M ; FIG. 12 shows the time dependence of the RF pulse sequence for excitation and reconversion to the Zeeman-terms of two-quantum coherence using time reversal. Fig. 13 shows a) RF frequency ω RF of the same RF pulse sequence as in Fig. 12, and corresponding b) antiphase one-quantum coherence 2 I A Z I M XY and c) magnitude of two-quantum term DQC. FIG. 14 shows the Zeeman terms I A Z and I M Z retransformed from the two quantum coherences as a function of offset; and FIG. 15 shows the coupling J AM = 5 Hz and 2 is an experimental two-quantum spectrum of a proton spin system with an enlarged region showing two 2-spin subsystems with JA'M ' = 15 Hz.

周波数変調されたパルス下のスカラ結合2スピン系を
考察する。トランスミッタの瞬時周波数と同期した回転
座標系で時間依存的ハミルトニアン(Hamiltonian)を
表わす: 式中、Ω(t)=ω0 A−ωRF(t)は、時間依存的ト
ランスミッタ周波数に関してのスピンAのオフセットで
ある。この座標系において、RF位相φは、時間非依存的
であるが、位相サイクリングによりコヒーレンス移動通
路を選択するために1つのパルスから次のパルスへシフ
トすることができる。RF振幅γB1は周波数掃引の間一定
であると見なされる。ハミルトニアン(Hamiltonian)
は、短い時間間隔τの間時間非依存的であると仮定する
と、Liouville−von Neumanの式 dσ(t)/dt=−i[H(t),σ(t)] (2) を間隔[t′,t′+τ]に亘って積分して、 σ(t′+τ)=exp{−iH(t′)τ}σ(t′) exp{iH(t′)τ} (3) を得ることができる。
Consider a scalar coupled two-spin system under a frequency modulated pulse. Represent the time-dependent Hamiltonian in a rotating coordinate system synchronized with the instantaneous frequency of the transmitter: Where Ω A (t) = ω 0 A −ω RF (t) is the offset of spin A with respect to the time-dependent transmitter frequency. In this coordinate system, the RF phase φ, which is time-independent, can be shifted from one pulse to the next in order to select the coherence travel path by phase cycling. The RF amplitude γB 1 is considered to be constant during the frequency sweep. Hamiltonian
Is time-independent for a short time interval τ, the Liouville-von Neuman equation dσ (t) / dt = −i [H (t), σ (t)] (2) t ′, t ′ + τ] to obtain σ (t ′ + τ) = exp {−iH (t ′) τ} σ (t ′) exp {iH (t ′) τ} (3) be able to.

このようにして、密度演算子σの時間展開が瞬時ハミ
ルトニアン(Hamiltonian)H(t′)の効果のもとに
段階的な変換により算出できる。H(t′)は、RF放
射、化学シフト及びスカラー結合からの非可換寄与を含
むので、各段階は数値的対角化(numerical diagonaliz
ation)により算出されねばならない。あるいはまた、
式(3)のコニタリ変換は、 exp{−iH0τ}exp{−iHRFτ} (4a) であるので、ハミルトニアン(Hamiltonian)の異なる
部分のために連続した回転に分解してよい。
In this way, the time expansion of the density operator σ can be calculated by stepwise conversion under the effect of the instantaneous Hamiltonian H (t ′). Since H (t ') contains non-commutative contributions from RF emission, chemical shifts and scalar couplings, each step is numerically diagonalized.
ation). Alternatively,
The conitative transformation of equation (3) is exp {-iH 0 τ} exp {-iH RF τ} (4a) Therefore, it may be decomposed into continuous rotations for different parts of the Hamiltonian.

小さいτ値の場合は、τの2次及びより高いオーダー
を伴う項は無視してよい。
For small τ values, terms with a second order of τ and higher orders are negligible.

exp{−i(H0+HRF)τ} exp{−iH0τ}exp{−iHRFτ} (4b) かくして、各間隔τについて、H0及びHRFの効果を連
続的に算出してよい。さらに、弱い結合の仮定を導入し
て、式(1)におけるスカラー結合項を2πJIZ AIZ M
減少してよい。これにより角運動量演算子の積における
密度演算子を拡大できる。私たちは、直積演算子法と密
度演算子の明示的行列表記の両方に基づいてシミュレー
ションを行った。典型的には約2000個の間隔が16ミリ秒
で20kHzの掃引範囲をカバーするパルスの効果を記述す
るのに必要である。
exp {-i (H 0 + H RF ) τ} exp {-iH 0 τ} exp {-iH RF τ} (4b) Thus, for each interval τ, the effects of H 0 and H RF are continuously calculated. Good. Further, by introducing a hypothetical weak bond may decrease the scalar coupling term in equation (1) to 2πJI Z A I Z M. This allows the density operator in the product of angular momentum operators to be expanded. We performed the simulation based on both the Cartesian product method and the explicit matrix notation of the density operator. Typically about 2000 intervals are needed to describe the effect of a pulse covering a sweep range of 20 kHz in 16 ms.

式(1)に用いられた加速回転座標系の代替物として
は、一定の基準周波数ωrefで回転する通常の座標系を
考慮してもよい。この座標系においては、φRF(t)=
∫ωref(t)dtであるので、線形周波数掃引はRFトラ
ンスミッタ位相が時間の関数として二次的に変化するこ
とを意味する。この座標系においては、コヒーレンス移
動通路を選択するために、掃引の始めにトランスミッタ
の初期位相φRF(0)をシフトすることが可能である。
As an alternative to the accelerated rotational coordinate system used in equation (1), a normal coordinate system that rotates at a constant reference frequency ω ref may be considered. In this coordinate system, φ RF (t) =
Since ∫ω ref (t) dt, a linear frequency sweep means that the RF transmitter phase changes quadratically as a function of time. In this coordinate system it is possible to shift the transmitter initial phase φ RF (0) at the beginning of the sweep in order to select the coherence path of travel.

従来の回転座標系は、チャープパルスの近似的記述の
ための自然基準系であり、直観を導くのに役立つ。この
記述は、スピンは、正確に共鳴中を通過する時にのみRF
場により影響を受けると想定している。その結果私たち
は、事実上、純粋な展開間隔により分離された瞬時半選
択的パルスを有している。単純さのためにこの絵を“パ
ルス/展開モデル”と呼ぶことにする。J結合は、RF振
幅γB1と比して常に非常に小さいので、タブレットの両
方の成分が同時に影響を受けること、したがって表現
“半選択的パルス”の使用を常に想定してよい。これ
は、フェレッチ(Ferretti)及びエルンスト(Ernst)
により唱導された方法とは区別されなければならない
が、彼らは、速い通過(rapid passage)の記述におい
て、一度に一つの遷移に影響を与える真に選択的パルス
のカスケードを使用した。
The conventional rotating coordinate system is a natural reference system for the approximate description of chirp pulses and serves to guide intuition. This description states that the spin is RF only when it exactly passes through the resonance.
It is assumed to be affected by the place. As a result, we have, in effect, instantaneous semi-selective pulses separated by pure expansion intervals. For simplicity, we will call this picture the "pulse / expansion model". Since the J-coupling is always very small compared to the RF amplitude γB 1 , it may always be assumed that both components of the tablet are affected at the same time and thus the expression “semi-selective pulse”. This is Ferretti and Ernst
Although they must be distinguished from the method described by, they used a cascade of truly selective pulses that affect one transition at a time in their description of rapid passage.

第1図は、周波数と位相の関係を示す。線形周波数掃
引の場合は、スピンAに作用する半選択的パルスの位相
φは、第1図に示すように二次的に共鳴中の通過の瞬
間tAに、 又は同等にオフセットに、 関連づけられる。掃引速度(sweep rate)bは、掃引範
囲とパルスの持続時間との比、b=ΔωP/tPであり、ra
d秒-2で表わされる。
FIG. 1 shows the relationship between frequency and phase. In the case of a linear frequency sweep, the phase φ A of the semi-selective pulse acting on the spin A is secondarily in resonance at the passing instant t A , as shown in FIG. Or equivalently to offset, Be associated. The sweep rate b is the ratio of the sweep range and the duration of the pulse, b = Δω P / t P , and ra
Expressed in d seconds -2 .

線形周波数掃引を有するチャープパルスの間、スピン
A及びBの共鳴は、RF周波数(上)が化学シフトΩ
びΩと一致し、そして瞬時RF位相(中)がφ及びφ
である時点tA及びtMで通過される。
During a chirp pulse with a linear frequency sweep, the resonances of spins A and B are such that the RF frequencies (top) coincide with the chemical shifts Ω A and Ω B and the instantaneous RF phase (middle) is φ A and φ.
B is passed at times t A and t M.

孤立化したスピンI=1/2を含む系においては、パル
ス/展開モデルは2つのチャープパルスの系列によるエ
コーの形成を予言するのに全く充分である。しかし、結
合スピン系においては、このモデルは定性的図を与える
のみである。下記においては、パルス/展開記述から得
られた分析結果をハミルトニアン(Hamiltonian)の段
階的対角化又は演算子積変換(operator product trans
fomations)により得られた厳密なシミュレーションと
比較することにする。
In a system with isolated spins I = 1/2, the pulse / expansion model is quite sufficient to predict the formation of echoes by a sequence of two chirp pulses. However, in coupled spin systems, this model only gives a qualitative diagram. In the following, Hamiltonian stepwise diagonalization or operator product transposition of the analysis results obtained from the pulse / expansion description
It will be compared with the exact simulation obtained by the fomations).

第2a図の3つのチャープパルスから成る基本サンドイ
ッチは、多量子コヒーレンスの発生に一般に使用されて
いる(π/2−τ−π−τ−π/2)サンドイッチと同じ原
理で造られている。3つのチャープパルスは全て同一の
持続時間したがって同一の掃引速度(sweep rate)を持
たなければならない。その振幅は、π/2パルス又はπパ
ルスのどちらかのアナログを達成するように調節されな
ければならない。チャープπ/2パルスは、相対的に弱い
RF振幅により特徴づけられ、それで断熱条件は、磁化が
掃引を通じて有効磁場にロックされたままでいないよう
に意図的に違反されている。チャープπパルスは、他方
で、断熱反転又はこの場合のように横磁化の再結像を可
能にするのに充分なRF振幅を有している。断熱反転にお
いては、磁化は有効磁場に沿ってロックされたままであ
り、他方再結像のために、掃引の間磁化は有効磁場に垂
直なままである。第2a図においては、第1のチャープπ
/2パルスは熱平衡から出発する横磁化を発生せしめ、第
2のパルスはオフセット(化学シフト)の効果を再結像
させるが同核種スカラー結合のそれは再結像させず、そ
して第3のパルスは逆位相一量子磁化を多量子コヒーレ
ンスに転換する。相対的位相は、二量子又はゼロ量子コ
ヒーレンスの最大の創出のために最適化されなければな
らない。従来のサンドイッチにおけるように、第1及び
第3のパルスの始まり間の間隔は、(2JAM-1のオーダ
ーでなければならない。
The basic sandwich consisting of the three chirp pulses of Figure 2a is built on the same principle as the (π / 2-τ-π-τ-π / 2) sandwich commonly used to generate multiquantum coherence. All three chirp pulses must have the same duration and therefore the same sweep rate. Its amplitude must be adjusted to achieve either π / 2 pulse or π pulse analog. Chirp π / 2 pulse is relatively weak
Characterized by the RF amplitude, so the adiabatic condition is deliberately violated so that the magnetization does not remain locked in the effective magnetic field throughout the sweep. The chirp π-pulse, on the other hand, has an RF amplitude sufficient to allow adiabatic reversal or reimaging of the transverse magnetization as in this case. In adiabatic reversal, the magnetization remains locked along with the effective field, while due to reimaging, the magnetization remains perpendicular to the effective field during the sweep. In FIG. 2a, the first chirp π
The / 2 pulse causes transverse magnetization starting from thermal equilibrium, the second pulse reimages the effect of the offset (chemical shift) but not that of the nuclide scalar coupling, and the third pulse Converts antiphase-one-quantum magnetization into multiquantum coherence. Relative phase must be optimized for maximum creation of two-quantum or zero-quantum coherence. As in conventional sandwiches, the spacing between the beginning of the first and third pulses must be on the order of (2J AM ) -1 .

第2b及び2c図は、2スピン系における逆位相一量子項
及び二量子コヒーレンスの時間依存性を示す。位相挙動
は、加速回転座標系に言及するのでかなり複雑であり、
それで、私たちは大きさ|2IA ZIM XY|及び|DQC|の展開
(表1中の定義参照)を示すことを好む。逆位相項は、
概略sin(πJAMt)に比例する包絡線でスカラー結合の
影響下に自発的に増大する。サンドイッチの第3のパル
スの間、逆位相項は部分的に二量子コヒーレンスに転換
される。第2図は、どのように|DQC|項が、始めに|2IA Z
IM XY|からの、次に|2IA XYIM Z|からの寄与のために、2
つの連続する段階で増大するかを示している。これらの
2つの寄与の積極的干渉が得られるかどうかは、3つの
パルスの相対的位相により決定される。第2のパルスの
位相φのシフトは、第2のパルス後の再結像期間にお
ける一量子コヒーレンスの2φの鎖末な位相シフトを
誘導するのみであり、それで、サンドイッチの第3のパ
ルスの位相φの効果を考えるだけで十分であるという
ことを示すことが可能である。
2b and 2c show the time dependence of antiphase one-quantum term and two-quantum coherence in a two-spin system. The phase behavior is quite complex as it refers to the accelerated rotating coordinate system,
So we prefer to show the evolution of the sizes | 2I A Z I M XY | and | DQC | (see definition in Table 1). The antiphase term is
Envelope proportional to sin (πJ AM t) which increases spontaneously under the influence of scalar coupling. During the third pulse of the sandwich, the antiphase term is partially converted to two-quantum coherence. Figure 2 shows how the | DQC | term begins with | 2I A Z
2 due to contributions from I M XY | and then | 2I A XY I M Z |
It is shown to increase in two successive stages. Whether positive interference of these two contributions is obtained is determined by the relative phase of the three pulses. The shift of the phase φ 2 of the second pulse only induces a chain shift of 2φ 2 of one quantum coherence in the reimaging period after the second pulse, so that the third pulse of the sandwich It can be shown that it is sufficient to consider the effect of the phase φ 3 of.

RF周波数は、矢印により示された時点における化学シ
フトΩA/2π=7kHz及びΩM/2π=13kHzと符合する。シ
ミュレーションのパラメータ:JAM=8Hz,tP=16ミリ秒、
τ=15ミリ秒(したがって、2tP+2τ=1/2JAM)、掃
引範囲20KHz,それぞれ有効フリップ角π/2,π及びπ/2
を有する3つの連続パルス用のγB1=309Hz,860Hz及び3
09Hzである。3つのパルスの初期位相は、φ=φ
0及びφ=120゜であり、後者は最適の励起のために
選択される。2つの連続的段階における二量子項のほと
んど最大振幅までの増大に注意。第3図は、上に示した
ように3つのパルスRF振幅を選択したとすれば、二量子
励起の最適値は位相φ120゜(±180゜)に対応する
ことを示す。実際、位相要求条件とπ及びπ/2パルスの
振幅とは相互依存的である。多量子コヒーレンスの充分
な励起のためには、様々な条件を見出すことができる。
The RF frequency matches the chemical shifts Ω A / 2π = 7 kHz and Ω M / 2π = 13 kHz at the time points indicated by the arrows. Simulation parameters: J AM = 8Hz, t P = 16ms,
τ = 15 ms (hence 2t P +2 τ = 1 / 2J AM ), sweep range 20 KHz, effective flip angles π / 2, π and π / 2 respectively
ΓB 1 = 309Hz, 860Hz and 3 for 3 consecutive pulses with
It is 09Hz. The initial phase of the three pulses is φ 1 = φ 2 =
0 and φ 3 = 120 °, the latter chosen for optimal excitation. Note the increase of the two quantum terms to almost the maximum amplitude in two successive steps. FIG. 3 shows that the optimal value of the two-quantum excitation corresponds to the phase φ 3 120 ° (± 180 °) if three pulsed RF amplitudes are selected as indicated above. In fact, the phase requirements and the amplitudes of the π and π / 2 pulses are interdependent. Various conditions can be found for sufficient excitation of multiquantum coherence.

第3a図においては、全てのパラメータが第2図と同様
であるが、第3b図においては、第3のパルスの有効フリ
ップ角βはπ/4に減少されている。β=π/2の場合
は、ゼロ量子励起はφにかかわらず、非常に非効率的
であることに注意。
In FIG. 3a, all parameters are the same as in FIG. 2, but in FIG. 3b the effective flip angle β 3 of the third pulse has been reduced to π / 4. Note that in the case of β 3 = π / 2, the zero quantum excitation is very inefficient, regardless of φ 3 .

第4図は、どのようにして、スピンA及びMから発生
する2つの寄与が、第3のパルスの位相φ及び有効フ
リップ角βに応じて、足されあるいは打消し合うかを
示す。π/2パルスを有している場合は、ゼロ量子コヒー
レンスへの寄与は、第3a図に示すように常に打消し合
う。これは、ゼロ量子コヒーレンスがπ/2パルスによっ
て、逆位相磁化から発生させられ得ない固いパルスから
成る(π/2−τ−π−τ−π/2)系列と直接の類比関係
にある。しかし、もしRF振幅を減少させて第3のパルス
の有効フリップ角がβ=π/4となり、RF位相がφ
0又は180゜の近傍にあれば、等しい量の二量子及びゼ
ロ量子コヒーレンス(第3b図参照)を得ることができ
る。この挙動はやはり古典的な実験と類似している。上
に論じた単純なパルス/展開モデルによっては第3図の
挙動を予言することはできない。なぜならばそれは3つ
のパルス全てが同じ位相を有すれば最大の二量子励起が
生じることを暗示するだろうから。正確なシミュレーシ
ョンとの直接の比較は困難である。
FIG. 4 shows how the two contributions originating from spins A and M add or cancel, depending on the phase φ 3 and the effective flip angle β 3 of the third pulse. With π / 2 pulses, the contributions to the zero quantum coherence always cancel each other out, as shown in Figure 3a. This is in direct analogy with the (π / 2−τ−π−τ−π / 2) series of hard pulses whose zero quantum coherence cannot be generated from antiphase magnetization by π / 2 pulses. However, if the RF amplitude is reduced and the effective flip angle of the third pulse is β 3 = π / 4, the RF phase is φ 3 =
In the vicinity of 0 or 180 °, equal amounts of two-quantum and zero-quantum coherence (see Fig. 3b) can be obtained. This behavior is again similar to classical experiments. The simple pulse / expansion model discussed above cannot predict the behavior of FIG. Because it would imply that the maximum two-quantum excitation occurs if all three pulses have the same phase. Direct comparison with accurate simulations is difficult.

第5図は、パルス/展開モデルを説明するU.Eggenber
ger and G.Bodenhausen in Angew.Chem.102,392(199
0)and Angew.Chem.Int.Ed.Engl.29,374(1990)の出版
物で論じられた規約(conventions)を用いて「直積演
算子展開グラフ」を示している。スピンA及びMから発
生する二量子コヒーレンスに対する2つの寄与は別々に
示される。スピンAのゼーマンオーダーIA Zはまず同位
相一量子コヒーレンスIA xyに転換され、これが期間2τ
+2tP+tAMの間展開して逆位相一量子コヒーレンス2IA
xyIM Zになり、それが最終的に二量子コヒーレンスに転
換される。他方、IM ZはIM xyに転換され、これが期間2
τ+2tP−tAMの間展開し、二量子コヒーレンスに変換さ
れる前に2IA ZIM xyになる。理論的には、第5図に示され
る2つの異なる期間2τ+2tP±tAMは両方とも(2JAM
-1と略等しくあるべきであり、これは明らかにtAM<<
(2JAM-1でなければ満たされ得ない。
Figure 5: U.Eggenber explaining the pulse / expansion model
ger and G. Bodenhausen in Angew. Chem. 102 , 392 (199
0) and Angew.Chem.Int.Ed.Engl. 29 , 374 (1990), using the conventions discussed in the publication, showing the "Cartesian product expansion graph". The two contributions to the two quantum coherences emanating from spins A and M are shown separately. The Zeeman order I A Z of the spin A is first transformed into the in-phase one-quantum coherence I A xy , which is the period 2τ.
Expanded for + 2t P + t AM and anti-phase one quantum coherence 2I A
It becomes xy I M Z , which is finally converted into two-quantum coherence. On the other hand, I M Z is converted to I M xy , which is period 2
It expands during τ + 2t P −t AM and becomes 2 I A Z I M xy before being converted into two quantum coherence. Theoretically, the two different periods 2τ + 2t P ± t AM shown in Fig. 5 are both (2J AM ).
Should be approximately equal to -1 , which is clearly t AM <<
(2J AM ) Only -1 can be satisfied.

第5図においては、共鳴周波数は垂直の点線で示され
た時点で通過される。各グラフの上及び下の円はそれぞ
れスピンA及びMに対応する。これらの円中の記号Z,x/
y及びlは、それぞれ演算子IZ,Ix及びIy,及び単位演算
子(unit operator)を表わす。
In FIG. 5, the resonant frequency is passed at the time indicated by the vertical dotted line. The circles above and below each graph correspond to spins A and M, respectively. The symbols Z, x / in these circles
y and l represent operators I Z , I x and I y , and a unit operator, respectively.

第5図に示される2つの主要な通路に加えて、もし結
合JAMが期間tAMで同位相コヒーレンスから逆位相コヒー
レンスへのいくらからの転換を起こすに足するほど大き
ければ、二量子コヒーレンスに対するさらなる小さな寄
与があるかもしれない。これらの通路は、tAMが(2
JAM-1に匹敵する場合には、もっとも重要であり、こ
の場合には、孤立してとられる各チャープパルスは、か
なりの量の二量子コヒーレンスを提供することが可能で
ある。
In addition to the two main paths shown in FIG. 5, for a two-quantum coherence, if the coupling J AM is large enough to cause some conversion from in-phase coherence to anti-phase coherence at time t AM There may be an even smaller contribution. These passages have a t AM (2
It is of utmost importance if it is comparable to J AM ) -1 , where each chirp pulse taken in isolation can provide a significant amount of two-quantum coherence.

一結合(one−bond)スカラー結合定数1JCCは通常全
て同一の範囲(約40Hz)にあるが、炭素−13(carbon−
13)のスピンの化学シフトは、非常に大きい範囲の周波
数範囲、典型的には200ppm(150MHz C13−共鳴周波数を
用いた600MHz分光計においては30kHz)をカバーしてよ
い。これらの状況によって、チャープパルスの系列の設
計とシミュレーション及び実験によるその性能のテスト
にとっての指針を限定することが可能となる。
One-bond scalar coupling constants 1 J CC are usually all in the same range (about 40Hz), but carbon-13 (carbon-
The 13) spin chemical shifts may cover a very large range of frequencies, typically 200 ppm (30 kHz in a 600 MHz spectrometer with 150 MHz C 13 -resonance frequency). These situations make it possible to limit the guidelines for the design of chirp pulse sequences and their performance testing by simulations and experiments.

第2図の励起サンドイッチにおける3つのパルスが全
て同じ持続時間を有していれば、発生する多量子コヒー
レンスの大きさはほとんどの掃引範囲に亘ってオフセッ
ト非依存的である。第6図は、3パルス励起系列により
発生されるゼロ量子及び二量子項のオフセット依存性を
示すものである。
If all three pulses in the excitation sandwich of FIG. 2 have the same duration, then the magnitude of the multi-quantum coherence that occurs will be offset independent over most of the sweep range. FIG. 6 shows the offset dependence of the zero quantum and the two quantum terms generated by the 3-pulse excitation sequence.

第3のパルスの有効フリップ角は、β=π/2(実
線)又はβ=π/4(破線)のどちらかに設定される。
スピンAのオフセットΩは不変である(ΩA/2π=5kH
z)が、Ωは掃引の右端に向かって移動する、即ち、
ΩM/2πは5kHzから20kHzまで変化する。チャープパルス
は、第2図と同様に0kHzから20kHzまで16ミリ秒で掃引
される。
The effective flip angle of the third pulse is set to either β 3 = π / 2 (solid line) or β 3 = π / 4 (broken line).
The offset Ω A of spin A is invariant (Ω A / 2π = 5kH
z), Ω M moves towards the right end of the sweep, ie
Ω M / 2π varies from 5kHz to 20kHz. The chirp pulse is swept from 0 kHz to 20 kHz in 16 milliseconds as in FIG.

第7図は、正確な計算を上に論じたパルス/展開モデ
ルから誘導された近似的分析予測と比較するものであ
る。私たちは、3つの異なる掃引速度を用いて、第2図
の系列による2量子コヒーレンス励起を考察する。プロ
フィールが増大する相対オフセットとともに低下すると
いう傾向は、第5図に強調された2つの間隔がスピンの
全ての対について同時に最適化することができないため
である。第7b図中の生のパルス/展開記述と違って、第
7a図中の数値的シミュレーションは、RFパルスの周波数
掃引の有限の範囲から生じるいわゆる「縁部効果(edge
effects)」を正確に予言するものである。
FIG. 7 compares the exact calculations to the approximate analytical predictions derived from the pulse / expansion model discussed above. We consider a two-quantum coherence excitation with the sequence of Figure 2 using three different sweep rates. The tendency for the profile to decrease with increasing relative offset is because the two intervals highlighted in Figure 5 cannot be optimized simultaneously for all pairs of spins. Unlike the raw pulse / expansion description in Figure 7b,
The numerical simulation in Fig. 7a shows the so-called "edge effect" resulting from the finite range of the frequency sweep of the RF pulse.
accurately predicts "effects)".

スピンAのオフセットΩは、ΩA/2π=10kHzに固定
されているがΩM/2πは10kHzから40kHzまで変化する。
チャープパルスは、異なる掃引速度bで0kHzから40kHz
まで掃引される。チャープパルスの持続時間tPは示され
ている。RF振幅γB1は√bと比例して調節された。より
低い掃引速度の場合の低下した性能は、第5図に示され
た期間tAMの増大により説明することができる。縁部効
果(edge effects)は、パルス/展開モデルによっては
説明されないということに注意。
The offset Ω A of the spin A is fixed at Ω A / 2π = 10 kHz, but Ω M / 2π changes from 10 kHz to 40 kHz.
Chirp pulse from 0kHz to 40kHz at different sweep speeds b
Is swept up to. The duration t P of the chirp pulse is shown. The RF amplitude γB 1 was adjusted in proportion to √b. The reduced performance at lower sweep speeds can be explained by the increase in period t AM shown in FIG. Note that the edge effects are not explained by the pulse / expansion model.

系列が有効であるオフセットの範囲は、掃引速度を増
大させることにより拡大可能であるということは驚くべ
きことに思われるかも知れない。実際、速い掃引は、期
間tAM=|Ω−ΩM|/bが期間2τ+2tP(第5図参照)
に対して縮小されるということを含意する。tAMが短け
れば短いほど、両方の期間2τ+2tP±tAMがオフセット
に関わりなく(2JAM-1に近接できるという理想的な場
合により近づく。他方、増大する掃引速度とともに悪化
する傾向がある縁部効果(edge effects)は、速い掃引
を用いる系列にとって深刻すぎる欠点を構成することが
ない。
It may seem surprising that the range of offsets over which the sequence is valid can be extended by increasing the sweep speed. In fact, for fast sweep, period t AM = | Ω A −Ω M | / b is period 2τ + 2t P (see FIG. 5).
Is implied to be reduced to. The shorter t AM , the closer to the ideal case that both periods 2τ + 2t P ± t AM can approach (2J AM ) -1 regardless of the offset. On the other hand, the edge effects, which tend to worsen with increasing sweep speed, do not constitute too serious a drawback for sequences with fast sweeps.

単純な断熱反転(adiabatic inversion)の場合は、
縁部効果は、掃引の始め及び終りにRF振幅γB1のプロフ
ィールを平滑化することにより、例えば半サイン関数
(half−sine functions)を用いて整形することによ
り、減衰可能である。しかし、シミュレーションから、
この種の平滑化は第2図の系列を用いた多量子励起のオ
フセット依存性を改善しないと結論してよい。これは、
おそらく、系列の効率が相対RF位相に対してのみならず
3つのパルスの相対振幅に対しても敏感であるためであ
ろう。
For simple adiabatic inversion,
The edge effect can be damped by smoothing the profile of the RF amplitude γB 1 at the beginning and end of the sweep, for example by shaping it with half-sine functions. But from the simulation,
It can be concluded that this type of smoothing does not improve the offset dependence of the multiquantum excitation using the sequence of FIG. this is,
Probably because the efficiency of the sequence is sensitive not only to the relative RF phase but also to the relative amplitudes of the three pulses.

第2図の励起サンドイッチにより発生した多量子コヒ
ーレンスの大きさは、かくして、全てのオフセットにつ
いて大部分は均一であるが、位相は強く周波数依存的で
ある。
The magnitude of the multi-quantum coherence produced by the excitation sandwich of FIG. 2 is thus largely uniform for all offsets, but the phase is strongly frequency dependent.

本発明によれば、多量子コヒーレンスの位相は、もう
一つのチャープパルスにより再結像させることができ
る。
According to the invention, the phase of multi-quantum coherence can be re-imaged by another chirp pulse.

第8図は、先行するパルスの2倍の掃引速度及び半分
の持続時間を有する第4のチャープパルスが、励起サン
ドイッチにより再結像遅延時間tPの後に二量子エコーが
形成された直後に挿入された系列を示す。エコーの時点
で二量子コヒーレンスの位相は、含まれる2つのスピン
のオフセットから大きく非依存的である。
FIG. 8 shows that a fourth chirp pulse with twice the sweep rate and half the duration of the preceding pulse was inserted immediately after the two quantum echoes were formed by the excitation sandwich after the reimaging delay time t P. The sequence is shown. The phase of the two-quantum coherence at the time of the echo is largely independent of the offset of the two contained spins.

二量子エコーの位相を決定するこのパルスの位相φ
は自由に選択できる。第8図中の4つのパルスの相対RF
振幅γB1は比1:2.8:1:3.3に最適化された。
Phase of this pulse that determines the phase of two quantum echoes φ 4
Can be freely selected. Relative RF of four pulses in Fig. 8
The amplitude γ B 1 was optimized for the ratio 1: 2.8: 1: 3.3.

この系列により実際、全てのオフセットについて均一
な位相を有する多量子コヒーレンスを得ることが可能に
なる。第9図の下部の破線により、二量子位相Φ=arct
an({DQC}y/{DQC})のオフセット依存性がほとん
ど平坦であるということが確認される。
This sequence makes it possible in fact to obtain multi-quantum coherence with a uniform phase for all offsets. By the broken line in the lower part of FIG. 9, two quantum phases Φ = arct
It is confirmed that the offset dependence of an ({DQC} y / {DQC} x ) is almost flat.

第9図においては、オフセットΩA/2π=10kHzは20kH
z掃引範囲の中間部で一定に保たれるが、ΩM/2πは右縁
部に向かって10kHzから20kHzに増大される。第9図の実
線は、第2図の簡単な3パルスサンドイッチの直後の、
即ち再結像なしの大きさ(magnitude)及び位相を示す
が、破線は第8図の二量子結像パルスを有する系列にお
けるエコー時の大きさ(magnitude)及び位相を示す。
In Fig. 9, offset Ω A / 2π = 10kHz is 20kH.
While kept constant in the middle of the z-sweep range, Ω M / 2π is increased from 10kHz to 20kHz towards the right edge. The solid line in FIG. 9 is immediately after the simple 3-pulse sandwich in FIG.
That is, the magnitude and the phase without re-imaging are shown, while the broken line shows the magnitude and the phase at the time of echo in the sequence having the two-quantum imaging pulse in FIG.

一度発生し、再結像し、期間t1の間展開可能とされる
と、多量子コヒーレンスは単一のπ/2チャープパルスに
よって観測可能な一量子コヒーレンスに単純に変換する
ことができない。そのようなパルスからは、逆位相一量
子項、残留多量子コヒーレンス及び縦方向2スピンオー
ダー2IA ZIM Zのオフセット依存的混合物が得られる結果
となるであろう。この困難に鑑みて、2次元実験の検出
期間t2の始めに同位相一量子コヒーレンスを得るために
は、2つの方法が実際的であるように思われる。第1の
ものは、逆位相磁化への転換前にオフセットの関数とし
て多量子コヒーレンスの特定の位相分布を作成すること
を伴う。第2の方法は、対称的励起及び検出の概念に信
頼し、多量子実験の準備及び検出部分が見掛けの時間反
転(apparent time−reversal)を達成するように整合
せしめられる。
Once generated, re-imaged, and made expandable for the period t 1 , the multi-quantum coherence cannot simply be converted into a single quantum coherence observable by a single π / 2 chirp pulse. From such a pulse, antiphase one quantum terms, it will offset dependent mixtures residual multiple-quantum coherence and longitudinal 2 spin order 2I A Z I M Z is the result obtained. In view of this difficulty, two methods seem to be practical for obtaining the in-phase one-quantum coherence at the beginning of the detection period t 2 of the two-dimensional experiment. The first involves creating a specific phase distribution of multi-quantum coherence as a function of offset before conversion to antiphase magnetization. The second method relies on the concept of symmetric excitation and detection and is aligned so that the preparation and detection part of the multi-quantum experiment achieves an apparent time-reversal.

第8図の系列により、第3のパルスの間に異なる時点
で発生した二量子コヒーレンスを再結像させることが可
能になるので、逆に、一量子コヒーレンスへの再転換に
先立つ二量子コヒーレンスの位相を意図的に拡げて(sp
read out)もよい。このようにして、RF場がスピンA及
びMの共鳴を掃引して通過する場合の時点tA及びtM(第
1図参照)の瞬時RF位相と二量子コヒーレンスの位相と
の間に好適な関係があることを確実にすることができ
る。第10図に示されるように、このことは、純粋な{DQ
C}から成ると想定される二量子コヒーレンスをエコ
ー後位相分散させ、持続時間tP/2の有効フリップ角π、
即ち、持続時間tPのパルスの2倍の掃引速度を有するチ
ャープ再結像パルスを印加することにより達成すること
ができる。持続時間tPの後続のチャープπ/2パルスによ
り、(逆位相)一量子コヒーレンスへの転換がもたらさ
れる。このパルスの初期RF位相は最適の移動のために選
択されなければならない。このようにして回復された観
測可能な磁化の振幅(位相ではなく)は、共鳴周波数Ω
及びΩの全ての対について均一である。雑な言い方
をすれば、全体のプロセスは、第3のパルスと第8図の
エコーとの間に起きることの逆である。
The sequence of FIG. 8 makes it possible to reimage the two quantum coherences that occur at different times during the third pulse, and, conversely, the two quantum coherences that precede the reconversion to one quantum coherence. Intentionally expand the phase (sp
read out) is also good. In this way, when the RF field sweeps through the resonances of the spins A and M and passes between the instantaneous RF phase at the time points t A and t M (see FIG. 1) and the phase of the two quantum coherence, You can be sure that you have a relationship. As shown in Figure 10, this is pure {DQ
The post-echo phase dispersion of the two-quantum coherence, which is assumed to consist of C} x , and an effective flip angle π of duration t P / 2,
That is, it can be achieved by applying a chirp re-imaging pulse that has a sweep rate twice that of a pulse of duration t P. A subsequent chirp π / 2 pulse of duration t P results in a conversion to (anti-phase) single quantum coherence. The initial RF phase of this pulse must be selected for optimal movement. The amplitude (rather than the phase) of the observable magnetization thus recovered is determined by the resonance frequency Ω.
It is uniform for all pairs of A and Ω M. Roughly stated, the whole process is the reverse of what happens between the third pulse and the echo of FIG.

第10図において、第2のパルスが共鳴周波数を通過す
る時には、二量子位相とRF位相間の関係は、2IA XYへの
(そして不図示の2IA ZIM XYへの)転換がしかるべく起き
るようになっている。これらの逆位相一量子項は、次
に、同位相項IA XY及びIM XY(これも不図示)に変化可能
とされ、これらがチャープ再結像パルスにより再結像せ
しめられてτ期間の終わりに逆位相一量子コヒーレン
スのエコーが形成される。全てのパルスは、20kHzに亘
って掃引される。π及びπ/2パルスは、8及び16ミリ秒
の持続時間を有し、RF振幅はそれぞれ1020Hz及び309Hz
であり、第2のパルスの初期RF位相は第1のパルスに関
して246゜だけシフトされている。オフセットはΩ=8
kHz及びΩ=12kHzである。遅延時間はτ=8ミリ
秒、τ=54.5ミリ秒、τ=62.5ミリ秒であるこのと
きτ=τ+τπである。後の2つは、τ+τπ
τ=1/JAM、この時JAM=8Hzとなるように調節され
た。
In FIG. 10, when the second pulse passes through the resonance frequency, the relationship between the two quantum phases and the RF phase is converted to 2I A XY (and to 2I A Z I M XY not shown). It is supposed to happen. These anti-phase one-quantum terms are then allowed to change into in-phase terms I A XY and I M XY (also not shown), which are re-imaged by the chirp re-imaging pulse and τ 3 At the end of the period, an antiphase-one-quantum coherence echo is formed. All pulses are swept over 20kHz. The π and π / 2 pulses have durations of 8 and 16 ms and RF amplitudes of 1020 Hz and 309 Hz, respectively.
And the initial RF phase of the second pulse is shifted by 246 ° with respect to the first pulse. Offset is Ω A = 8
kHz and Ω M = 12 kHz. The delay times are τ 1 = 8 msec, τ 2 = 54.5 msec, τ 3 = 62.5 msec, where τ 3 = τ 2 + τ π . The latter two are τ 2 + τ π +
It was adjusted so that τ 3 = 1 / J AM , at which time J AM = 8 Hz.

第11図は、異なるオフセットを有するスピンの対の場
合の第10図の再転換系列の効率を示す。全てのスピン対
において、私たちは、エコー時の純粋な{DQC}で始
める(第10図のパルス系列参照)。オフセットは、対照
的にΩA/2πの場合0kHzから上に10kHzまでΩM/2πの場
合20kHzから下に10kHzまで変化せしめられたが、全ての
チャープパルスが0から20kHzまで掃引された。パルス
持続時間、RF振幅、RF位相及び間隔は第10図と同様であ
る。
FIG. 11 shows the efficiency of the reconversion series of FIG. 10 for spin pairs with different offsets. For all spin pairs we start with the pure {DQC} x at the time of the echo (see pulse sequence in Figure 10). The offset, in contrast, was varied from 0 kHz up to 10 kHz for Ω A / 2π and 20 kHz down to 10 kHz for Ω M / 2π, but all chirp pulses were swept from 0 to 20 kHz. The pulse duration, RF amplitude, RF phase and interval are the same as in FIG.

かくして、オフセットΩ及びΩの全ての対につい
てX軸に沿って整列した二量子コヒーレンスから出発し
て、広いオフセット範囲に亘って均一な大きさの逆位相
一量子項を得ることが実際可能となる。しかし、第10図
の系列における第2のパルスの直後に(逆位相)信号を
記録すれば、強いオフセット依存性の位相分散となるで
あろう。そのように実験によってω次元において、し
かし得られる周波数領域のω次元においてではなく、
純粋な吸収線形を得ることが可能となろう。
Thus, starting from two quantum coherences aligned along the X-axis for all pairs of offsets Ω A and Ω M , it is practically possible to obtain uniform magnitude antiphase single quantum terms over a wide offset range. Becomes However, recording the (anti-phase) signal immediately after the second pulse in the sequence of Figure 10 would result in a strong offset-dependent phase dispersion. So by experiment, in ω 1 dimension, but not in ω 2 dimension of the obtained frequency domain,
It would be possible to obtain a pure absorption line shape.

検出の第2の方法は、t1変調母集団(populations)
への対称的な励起及び再転換と、それが次に観測可能な
磁化に移動可能であるという考えに基づいている。
The second method of detection is the t 1 populations.
It is based on the symmetric excitation and reconversion to and the idea that it is then transferable to the observable magnetization.

例えば多量子コヒーレンスからなる所望の状態におけ
る変換の連鎖によりスピン系を準備するならば、ある条
件下では先の変換全てを元にもどし、平衡磁化の初期状
態を回復することが可能である。
For example, if a spin system is prepared by a chain of transformations in a desired state consisting of multiple quantum coherences, under certain conditions it is possible to undo all of the previous transformations and restore the initial state of equilibrium magnetization.

この概念にしたがって、第12図の系列の準備及び再転
換部分をプロパゲータU及びVに関係づけることにす
る。準備及び再転換部分間に展開期間t1を挿入すること
により、cos(Ω+Ω)t1として変調された縦方向
ゼーマン磁化が得られる。次に、これを、固いπ/2パル
ス又は、好ましくは、チャープπ/2パルスと直後に続く
2倍の掃引速度のチャープπパルスから成るエコー系列
により観測可能な横磁化に転換してよい。
According to this concept, we will relate the preparation and reconversion part of the sequence of FIG. 12 to the propagators U and V. By inserting a development period t 1 between the preparation and reconversion part, a longitudinal Zeeman magnetization modulated as cos (Ω A + Ω M ) t 1 is obtained. This may then be converted to a transverse magnetization observable by a hard π / 2 pulse or, preferably, an echo sequence consisting of a chirp π / 2 pulse immediately followed by a chirp π pulse of double sweep rate.

プロパゲータU及びVの各々は、総計持続時間τの3
つのチャープパルスのサンドイッチを表わす。もし、展
開期間がt1=0であり、そしてもし非選択的固いπパル
スがU及びV(垂直の矢印)間に挿入されれば、Vの効
果はUによって発生した二量子コヒーレンスをオフセッ
トΩ及びΩの広い範囲に亘って2つのスピンA及び
Mのゼーマン項IA Z及びIM Zに再転換して戻すことであ
る。
Each of the propagators U and V has a total duration τ of 3
Represents a sandwich of two chirp pulses. If the evolution period is t 1 = 0, and if a nonselective hard π pulse is inserted between U and V (vertical arrow), the effect of V is to offset the two-quantum coherence generated by U by Ω. To reconvert back to the Zeeman terms I A Z and I M Z of the two spins A and M over a wide range of A and Ω M.

準備プロパゲータUの効果は、もし条件V=U-1を満
たすことができれば、プロパゲータVの作用により「元
に戻され」(又は「時間的に逆にされ」)てもよい。こ
れは、対応する(エルミート)ハミルトニアン演算子の
場合のHV=−HUという要求条件と対応する。これらの関
係は、展開時間t1を有する第12図の2次元実験における
再転換の直後に磁化のZ成分IZ=IA Z+IM Zの期待値を検
討すれば、容易に理解され得る: <IZ>=tr{IZ[Vexp(−iH0t1)UIZU-1exp(iH0t1)V-1]},
(5) 式中U=exp(−i∫HU(t)dtであり、H0は式(1)
の自由歳差運動ハミルトニアンである。もし、t1=0で
あれば、 S=tr{(V-1IZV)(UIZU-1) (6) が得られ、それ故もしU-1=V(即ちもしHV=−HU)で
あれば、最大可能信号tr{IZ 2}が得られる。完全なハ
ミルトニアンの符号は実際には単純に反転できないの
で、RF振幅、位相及び周波数などの量の変更がどこまで
正確な時間反転と類似の効果を奏することができるかに
ついて探求しなければならない。まず、時間依存的トラ
ンスミッタ周波数に関するオフセットΩ(t)=ωA0
−ωRF(t)を有する孤立スピンに働くチャープパルス
に対応するハミルトニアンを考察しよう: 第12図に基づくと、対照的な時間τ−t′及びτ+
t′で同一のオフセット及び同一のRF振幅が得られねば
ならず、この時τは準備期間の終わり及び再転換期間の
始まりに対応する: Ω(τ−t′)=Ω(τ+t′)又はωRF(τ−t′)=
ωRF(τ+t′) 及びγB1(τ−t′)=γB1(τ+t′) (8) このことは、掃引の方向を変化させねばならないこと
を意味する。今、プロパゲータVと関連づけられたハミ
ルトニアンHVがHUの複素共役となるように位相を選択す
れば、すなわち、もしU=V-1となるように、 であれば、完全な時間反転の場合のtr{|U-1IZU|2}の
代わりに信号tr{(U-1IZU)}が得られることを示す
ことができる。行列要素に関しては、私たちには、S=
Σijρij 2及びS=Σijρijρij がそれぞれ得られ、
このとき、ρij=(U-1IZU)ijである。2つの式は、位
相因子だけ異なっており、第1のものについては、t1
亘って最大平均信号強度が達成されるであろうことを言
い得るのみである。もし、展開間隔中にいわゆるスピン
反転遷移と関連づけられた歳差運動が得られるならば、
同相信号が、実際得られ得る。そのような遷移|i><j|
は、πパルスによりその複素共役|j><i|に転換可能
であり、もし展開中にそのようなパルスを印加すれば、
正確な時間反転の同等物が実際得られる。2スピン系に
おいては、二量子コヒーレンス|αα><ββ|及びゼ
ロ量子コヒーレンス|αβ><αβ|の両方がスピン反
転遷移に対応する。
The effect of the preparatory propagator U may be “reverted” (or “reversed in time”) by the action of the propagator V if the condition V = U −1 can be fulfilled. This corresponds to the requirement H V = −H U for the corresponding (Hermitian) Hamiltonian operator. These relationships can be easily understood by examining the expected value of the Z component of the magnetization I Z = I A Z + I M Z immediately after reconversion in the two-dimensional experiment of FIG. 12 having the expansion time t 1 . : <I Z > = tr {I Z [Vexp (−iH 0 t 1 ) UI Z U -1 exp (iH 0 t 1 ) V -1 ]},
(5) In the formula, U = exp (−i∫H U (t) dt, and H 0 is the formula (1).
This is the Hamiltonian of free precession. If t 1 = 0, then S = tr {(V -1 I Z V) (UI Z U -1 ) (6) is obtained, so if U -1 = V (ie if H V = −H U ), the maximum possible signal tr {I Z 2 } is obtained. Since the sign of a perfect Hamiltonian cannot simply be inverted, one has to explore how changing the amount of RF amplitude, phase and frequency etc. can have a similar effect as an exact time reversal. First, the offset Ω A (t) = ω A0 related to the time-dependent transmitter frequency
Consider the Hamiltonian corresponding to a chirp pulse acting on an isolated spin with −ω RF (t): Based on FIG. 12, contrasting times τ−t ′ and τ +
The same offset and the same RF amplitude must be obtained at t ′, where τ corresponds to the end of the preparation period and the beginning of the reconversion period: Ω A (τ−t ′) = Ω A (τ + t ′). ) Or ω RF (τ−t ′) =
ω RF (τ + t ′) and γB 1 (τ−t ′) = γB 1 (τ + t ′) (8) This means that the sweep direction must be changed. Now, if we choose the phase so that the Hamiltonian H V associated with the propagator V is the complex conjugate of H U , that is, if U * = V −1 , then If, in the case of perfect time reversal tr {| U -1 I Z U | 2} signal tr instead of it can be shown that {(U -1 I Z U) 2} is obtained. For matrix elements, we have S =
Σ ij ρ ij 2 and S = Σ ij ρ ij ρ ij * are respectively obtained,
At this time, ρ ij = (U -1 I Z U) ij . The two equations differ by a phase factor, and for the first one can only say that the maximum average signal strength over t 1 will be achieved. If a precession motion associated with the so-called spin-inversion transition is obtained during the expansion interval,
In-phase signals can actually be obtained. Such a transition | i > < j |
Can be converted to its complex conjugate | j><i | by a π x pulse, and if such a pulse is applied during expansion,
The exact time reversal equivalent is actually obtained. In the two-spin system, both the two-quantum coherence | αα><ββ | and the zero-quantum coherence | αβ><αβ | correspond to the spin inversion transition.

もし今式(1)におけるようにスカラー結合項HJ=2
πJIA・IMを導入すれば、多分私たちが避けたい選択パ
ルスを用いる以外、この項の符号を反転させる明白な手
段はないということに注意しなければならない。この問
題に対する一つの可能な解は、結合項から生じる時間依
存性にパルス系列を合わせることである。このことは、
準備期間の終わりが、結合が同位相磁化を逆位相項に完
全に転換し了った時点と一致する場合に達成され得る。
第2図の3パルスサンドイッチ系列はいずれにしろ最大
の逆位相項を創ることに信頼しているので、この条件は
全く自然に満足させられる。t1間隔においては、二量子
及びゼロ量子コヒーレンスのみが得られ、これらはスピ
ン反転遷移に対応するので固いπパルスを用いて再結像
させてよい。
If now as in equation (1), the scalar coupling term H J = 2
It must be noted that if we introduce πJ I A · I M , there is no obvious way to invert the sign of this term, except perhaps by using the select pulse we want to avoid. One possible solution to this problem is to match the pulse sequence to the time dependence resulting from the coupling term. This is
The end of the preparatory period can be achieved if the coupling coincides with the point when the in-phase magnetization has completely converted to anti-phase terms.
This condition is quite naturally satisfied because the 3-pulse sandwich sequence of FIG. 2 relies on creating the maximum antiphase term anyway. In the t 1 interval, only two quantum and zero quantum coherences are obtained, which correspond to spin-inversion transitions and may therefore be re-imaged with a hard π pulse.

もちろん、このπパルスは、別様にチャープパルスの
みから成る系列においては非正統的な要素に見えるかも
しれない。原則として、このパルスは、プロパゲータU
の作用のもとに発生した多量子コヒーレンスが、全ての
オフセットについて、位相φ=0を有するならば、すな
わちρij=(U-1IZU)ijが純粋に真(real)であるなら
ば、省略してよい。この目的のために、原則として、上
に論じた再結像系列を使用することができる。何故なら
ば、それは、全てのオフセットの対に対して共通の位相
を有する二量子及びゼロ量子コヒーレンスを発生させる
からである。しかし、X軸に沿って多量子コヒーレンス
を得るために全パルスの位相及び振幅について具体的な
値が必要である。
Of course, this π-pulse might otherwise appear unorthodox in a sequence consisting only of chirp pulses. As a rule, this pulse is transmitted by the propagator U
If the multi-quantum coherence generated under the action of has phase φ = 0 for all offsets, ie ρ ij = (U −1 I Z U) ij is purely real You can omit it. For this purpose, in principle, the re-imaging sequences discussed above can be used. Because it produces two-quantum and zero-quantum coherence with a common phase for all offset pairs. However, specific values for the phase and amplitude of all pulses are needed to obtain multiple quantum coherence along the X axis.

第13図は、t1=0の場合について示された、提案され
た時間反転系列の間の逆位相一量子項及び二量子コヒー
レンスの大きさの時間展開を示している。再転換部中の
位相は、式(9)の条件を満たすために準備期間のそれ
らに対して符号が変えられている。
FIG. 13 shows the time evolution of the magnitude of the antiphase one-quantum term and two-quantum coherence between the proposed time-reversed sequences, shown for the case of t 1 = 0. The phases in the reconversion part are sign-changed with respect to those in the preparation period in order to satisfy the condition of equation (9).

固いπパルス(不図示)は励起と再転換の間に加えら
れる。チャープパルスのRF周波数は、第2図におけると
同様に、それぞれπ/2及びπパルスの場合RF振幅γB1
309Hz及び860Hzで、16ミリ秒で0kHzと20kHzの間で上下
に掃引される。共鳴周波数は、ΩA/2π=9kHz及びΩM/2
π=11kHzに固定されており、JAM=8Hzである。初期ゼ
ーマンオーダーはほとんど全部二量子コヒーレンスに転
換されることに注意。
A hard π-pulse (not shown) is applied during excitation and reconversion. The RF frequency of the chirp pulse is similar to that in FIG. 2, in the case of π / 2 and π pulse, the RF amplitude γB 1 =
Swept up and down between 0kHz and 20kHz in 16 milliseconds at 309Hz and 860Hz. Resonance frequency is Ω A / 2π = 9kHz and Ω M / 2
It is fixed at π = 11 kHz and J AM = 8 Hz. Note that almost all the initial Zeeman orders are converted to two-quantum coherence.

第14図は、系列の終わりに得られる縦磁化のプロフィ
ールは大部分オフセット非依存的であることを示す。性
能は、第7図におけるように、増大する掃引速度ととも
に改善する傾向がある。
FIG. 14 shows that the longitudinal magnetization profile obtained at the end of the series is largely offset independent. Performance tends to improve with increasing sweep speed, as in FIG.

二量子コヒーレンスから再転換されたゼーマン項IA Z
及びIM Zは、ΩA/2πの場合は0kHzから上に20kHzまで、
ΩM/2πの場合は40kHzから下に20kHzまで対称的に変化
させられたオフセットの関数として示されている。実線
は、それぞれπ/2パルス及びπパルスの場合のRF振幅γ
B1=618Hz及び1720Hzと、位相φ=122゜で、8ミリ秒
で0〜40kHz間を掃引されたチャープパルスに対する応
答を示す。破線は、γB1=440Hz及び1220Hz並びにφ
=52゜での16ミリ秒の40kHz掃引に対応する。
Zeeman term I A Z retransformed from two-quantum coherence
And I M Z is 0 kHz up to 20 kHz for Ω A / 2π,
The case of Ω M / 2π is shown as a function of offset varied symmetrically from 40 kHz down to 20 kHz. The solid lines are the RF amplitude γ for π / 2 pulse and π pulse, respectively.
It shows the response to a chirp pulse swept between 0-40 kHz in 8 ms with B 1 = 618 Hz and 1720 Hz and phase φ 3 = 122 °. The broken line indicates γB 1 = 440Hz and 1220Hz and φ 3
Corresponds to a 16 msec 40 kHz sweep at = 52 °.

プロパゲータVにより発生したIZの観測可能な一量子
コヒーレンスへの最終的な転換は、チャープπ/2パルス
と、それに続く該チャープπ/2パルスの半分の持続時間
及び2〜4倍、好ましくは2.8倍の振幅を有するチャー
プπパルスから成るエコー系列によって達成してよい。
The final conversion of I Z generated by the propagator V into observable single quantum coherence is the chirp π / 2 pulse followed by half the duration of the chirp π / 2 pulse and preferably 2 to 4 times, preferably It may be achieved by an echo sequence consisting of a chirp π pulse with an amplitude of 2.8.

オクスフォードリサーチシステムズ社選択励起装置を
装備したBruker AM−400分光計で実験を行った。チャー
プパルスは、位相を時間の2次関数、即ちφ=1/2b(t
−t0(式中、t0はパルスの中央に対応し、bは掃引
速度である)として変調して発生させた。Aspect 3000
コンピュータで作動するパスカルプログラムにより作成
されたファイルは、Bruker SHAPEパッケージで変換され
て波形メモリー(waveform memory)のためのデータが
作成された。
Experiments were performed on a Bruker AM-400 spectrometer equipped with a selective excitation device from Oxford Research Systems. The chirp pulse has a phase that is a quadratic function of time, that is, φ = 1 / 2b (t
-T 0 ) 2 (where t 0 corresponds to the center of the pulse and b is the sweep speed). Aspect 3000
The files created by the Pascal program running on the computer were converted with the Bruker SHAPE package to create the data for the waveform memory.

二量子実験は、プロトン系について行った。これらの
実験は、第8図の再結像した二量子励起をエコー時に
「固い」π/2モニター用パルスと組み合わせるものであ
る。第15図は、JAM=5Hz及びJA′M′=15Hzを有する
2つのスカラー結合プロトンを有する2つのサブ系(su
bsystems)を含む塩化(1RS,2SR,4RS,5RS,6RS)−エキ
ソ−(2−ニトロフェニルチオ)スピロ[ビシクロ[2.
2.2]オクタン−2,2′−オキシラン]−5−エンド−イ
ルのスペクトルを示す。これらの結合は互いに倍数であ
るので、実験における遅延は両方のサブ系に対して同時
に最適化することができる。チャープパルスは、持続時
間tP=8ミリ秒、τ遅延42ミリ秒を有しており、それ
で、励起サンドイッチの総計持続時間は100ミリ秒(2
JAM-13(2JA′M′-1であった。
Two-quantum experiments were conducted on the proton system. These experiments combine the reimaged two-quantum excitation of Figure 8 with a "hard" π / 2 monitoring pulse during echo. FIG. 15 shows two subsystems (su with two scalar-bound protons with J AM = 5 Hz and J A'M ' = 15 Hz).
bsystems) (1RS, 2SR, 4RS, 5RS, 6RS) -exo- (2-nitrophenylthio) spiro [bicyclo [2.
2.2] shows the spectrum of octane-2,2'-oxirane] -5-endo-yl. Since these couplings are multiples of each other, the delay in the experiment can be optimized for both subsystems simultaneously. The chirp pulse has a duration t P = 8 msec and a τ delay of 42 msec, so the total duration of the excitation sandwich is 100 msec (2
J AM ) -1 3 (2J A'M ' ) -1 .

記憶容量の制限のため、各パルスについて256の時間
間隔だけが画成可能であり、位相増大量は、周波数掃引
がキャリヤ周波数の両側で±5kHzの窓(window)に制限
されるように選択された。各パルス内の最初と最後の時
間間隔の場合、位相増大量は0.98radであった。シミュ
レーションは、これらの比較的荒い数字化条件下でRF振
幅及び位相を最適化するために用いられた。第8図の4
つのパルスの最適の振幅γB1は、それぞれ309Hz、860H
z、309Hz及び1020Hzであることが見出された。最後の2
つのパルス位相は、最初の二つに対して150゜だけシフ
トされた。実験においては、最良の結果は、横磁化の最
大の発生用に単一のチャープパルスの振幅γB1を較正
し、最適化された値に比例して即ち1:2.8:1:3.3に他の
パルスの振幅を設定することにより得られた。固い再変
換パルスと受信機の位相をサイクリングすることによ
り、ゼロ量子及び一量子コヒーレンスによる望ましくな
い信号を抑制することができた。
Due to storage capacity limitations, only 256 time intervals can be defined for each pulse, and the amount of phase increase is chosen so that the frequency sweep is limited to a ± 5kHz window on either side of the carrier frequency. It was For the first and last time intervals within each pulse, the amount of phase increase was 0.98 rad. Simulations were used to optimize RF amplitude and phase under these relatively rough digitized conditions. 4 in FIG.
The optimal amplitude γB 1 of the two pulses is 309Hz and 860H, respectively.
It was found to be z, 309 Hz and 1020 Hz. Last two
The one pulse phase was shifted by 150 ° relative to the first two. In the experiments, the best results were to calibrate the amplitude γB 1 of a single chirp pulse for the maximum occurrence of transverse magnetization, and proportionally to the optimized value, i.e. other values at 1: 2.8: 1: 3.3. Obtained by setting the pulse amplitude. By cycling the phase of the hard retransform pulse and the receiver, we were able to suppress the undesired signal due to zero and one quantum coherence.

第15図のスペクトルは、周波数ω=(Ω+Ω
及びω=Ω及びΩで、スキュー(skew)二量子対
角線ω=2ωに対して対称的に配されたマルチプレ
ットの対を示す。断面は、前記2つのサブ系の各々の場
合にタブレットの逆位相上/下特性を明かにあらわにす
る。
The spectrum of FIG. 15 has a frequency ω 1 = (Ω A + Ω M ).
And ω 2 = Ω A and Ω M , show pairs of multiplets symmetrically arranged with respect to the skew two quantum diagonal ω 1 = 2ω 2 . The cross section reveals the antiphase up / down characteristics of the tablet in each of the two subsystems.

ω軸と平行にとられた選択された断面は、タブレッ
トの逆位相構造を示す。スペクトルは、第8図の二量子
再結像を用いた4パルスチャープ系列と、それに続く逆
位相一量子コヒーレンスへの再転換間の非選択的「固
い」π/2パルスを用いて得られた。スペクトル幅は、ω
及びωにおいて10Hz及び±5Hzであり、データマト
リックスはゼロフィリングの前で512×4K、その後で1K
×1Kであった。チャープパルスは、RFキャリヤの位相変
調により発生させた。
Selected cross sections taken parallel to the ω 2 axis show the antiphase structure of the tablet. Spectra were obtained using a four-pulse chirp sequence with two-quantum reimaging in Figure 8, followed by a nonselective "hard" π / 2 pulse during reconversion to antiphase one-quantum coherence. . Spectral width is ω
10 Hz and ± 5 Hz at 1 and ω 2 , the data matrix is 512 × 4K before zero filling and 1K after that
It was × 1K. The chirp pulse was generated by phase modulation of the RF carrier.

本発明の方法の性能、即ちチャープRFパルスの第1の
系列による他量子コヒーレンスの励起とチャープRFパル
スの第2の系列による多量子コヒーレンスの横磁化への
再変換を可能にする装置は、大きなオフセットに対して
敏感である2次元変換分光法(「NOESY」)、相関分光
法(「COSY」)、異種核及び同種核相関分光法を行うよ
うにした分光計において、また、NMR−像化実験、特にN
MR−in−vivo分光法において有利であろう。そのような
装置も本発明の主題に属し、請求の範囲に含まれること
が意図されているものでる。
The performance of the method according to the invention, namely the device enabling the excitation of the other quantum coherence by the first series of chirp RF pulses and the reconversion of the multiquantum coherence to the transverse magnetization by the second series of chirp RF pulses, is Offset-sensitive two-dimensional transform spectroscopy (“NOESY”), correlation spectroscopy (“COSY”), heteronuclear and homonuclear correlation spectroscopy, as well as NMR-imaging Experiment, especially N
It would be advantageous in MR-in-vivo spectroscopy. Such devices also belong to the subject matter of the invention and are intended to be covered by the appended claims.

本発明により提案される周波数変調チャープパルス系
列は、高磁場の炭素−13スピンの対の場合に実際生じる
ような広いスペクトル範囲を有する系に2量子分光法を
拡大するのにかなり有望である。本発明の方法は、全て
の種類の核磁気系に適用可能であると理解されている。
The frequency-modulated chirp pulse sequence proposed by the present invention holds considerable promise for extending two-quantum spectroscopy to systems with a wide spectral range, such as occurs in the case of high-field carbon-13 spin pairs. It is understood that the method of the present invention is applicable to all types of nuclear magnetic systems.

周波数変調を体系的に使用することにより、実質的進
歩がなされ得る。本発明によるチャープパルス系列は、
コヒーレンス移動を含む非常に多様な一次元及び2次元
実験、異方相における四極結合を有する系、及び二極結
合系に適用可能である。
Substantial advances can be made by systematically using frequency modulation. The chirp pulse sequence according to the present invention is
It is applicable to a wide variety of one-dimensional and two-dimensional experiments involving coherence transfer, systems with quadrupole coupling in anisotropic phases, and dipole coupling systems.

表1 表1:一量子及び二量子コヒーレンスの大きさに使用され
る簡略表記の定義。記号は、対応する演算子の(実)期
待値に言及するものである。
Table 1 Table 1: Definition of shorthand notation used for single and double quantum coherence magnitudes. The symbols refer to the (actual) expected value of the corresponding operator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベーレン ジャン―マルク スイス国 ローザンヌ ツェー・ハー― 1005 マーテレイ 34 (72)発明者 ブルクハルト イレーネ スイス国 ルネウス ツェー・ハー― 1020 リュ ド レマン 4 (56)参考文献 特開 昭50−110384(JP,A) 特公 平2−61251(JP,B2) 特公 平7−36007(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Behren Jean-Marc Lausanne Tse Her 1005 Marterei, Switzerland 34 (72) Inventor Burghart Irene Swiss Reneus Tse Her 1020 Ludleman 4 (56) References JP-A-50-110384 (JP, A) JP-B 2-61251 (JP, B2) JP-B 7-36007 (JP, B2)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】磁界をかけられた核スピン系に、第1のπ
/2パルス、該第1のπ/2パルスに続くデフォーカシング
時間間隔τの経過の後に発生せしめられる第1のπパル
ス及び該第1のπパルスに続くもう一つの時間間隔τの
経過後に発生せしめられる第2のπ/2パルスから成る基
本サンドイッチを含んでなるRFパルスの第1の系列を照
射することによりNMRパルス実験において多量子、特に
二量子コヒーレンスを励起し、該励起された多量子コヒ
ーレンスを、前記核スピン系にRFパルスの第2の系列を
照射することにより、縦磁化に再転換し、自由誘導減衰
を誘導する方法において、 前記基本サンドイッチの3つのRFパルスが、各々持続時
間tPを有するチャープパルスであって、該持続時間の
間、下限周波数ωRFminから上限周波数ωRFmax又はその
逆に時間に関して単調な関係で掃引されるチャープパル
スであり、該基本サンドイッチに持続時間tP/2及び前記
第1のπ/2パルスの振幅の2〜4倍の振幅を有する第4
のチャープパルスが続くことを特徴とする方法。
1. A first π is applied to a nuclear spin system to which a magnetic field is applied.
/ 2 pulse, generated after the elapse of the defocusing time interval τ following the first π / 2 pulse and after the elapse of another time interval τ following the first π pulse Excitation of multiple quanta, especially two-quantum coherence, in an NMR pulse experiment by irradiating a first series of RF pulses comprising a fundamental sandwich consisting of a second π / 2 pulse In the method of reconverting coherence into longitudinal magnetization by irradiating the nuclear spin system with a second series of RF pulses, wherein three RF pulses of the basic sandwich each have a duration of a chirped pulse having a t P, between said duration, chirp pulse der swept in a monotonous relation with respect to the lower limit frequency omega RFmin upper limit frequency omega RFmax or time vice versa , Fourth with 2-4 times the amplitude of the amplitude of the duration in the basic sandwich t P / 2 and the first [pi / 2 pulses
A method characterized by being followed by a chirp pulse of.
【請求項2】前記サンドイッチには前記第4のチャープ
パルスが直ぐ続くことを特徴とする請求の範囲第1項記
載の方法。
2. The method of claim 1 wherein said sandwich is immediately followed by said fourth chirp pulse.
【請求項3】前記基本サンドイッチにおける前記第1の
πパルスの振幅は前記第1のπ/2パルスの振幅の2〜4
倍、好ましくは2.8倍であり、前記基本サンドイッチの
前記第2のπ/2パルスの振幅は該第1のπ/2パルスの振
幅と略同じであることを特徴とする請求の範囲第1項又
は第2項記載の方法。
3. The amplitude of the first π pulse in the basic sandwich is 2 to 4 of the amplitude of the first π / 2 pulse.
2. The amplitude of the second π / 2 pulse of the basic sandwich is approximately double, preferably 2.8 times, and is substantially the same as the amplitude of the first π / 2 pulse. Alternatively, the method according to item 2.
【請求項4】前記第4のチャープパルスの振幅は前記基
本サンドイッチにおける前記第1のπ/2パルスの振幅の
約3.3倍であることを特徴とする請求の範囲の先行する
項のいずれか1項に記載の方法。
4. The amplitude of the fourth chirp pulse is about 3.3 times the amplitude of the first π / 2 pulse in the basic sandwich, as claimed in any one of the preceding claims. The method described in the section.
【請求項5】高い磁界強度の磁界をかけられた核スピン
系に、第1のπ/2パルス、該第1のπ/2パルスに続くも
う一つの時間間隔τの経過の後に発生せしめられる第1
のπパルス及び該第1のπパルスに続くもう一つの時間
間隔τの経過後に発生せしめられる第2のπ/2パルスか
ら成る基本サンドイッチを含んでなるRFパルスの第1の
系列、請求の範囲の先行するいずれか1つの項に記載の
第1の系列、を照射することによりNMRパルス実験にお
いて多量子、特に二量子コヒーレンスを励起し、該励起
された多量子コヒーレンスを、前記核スピン系にRFパル
スの第2の系列を照射することにより、縦磁化に再転換
し、自由誘導減衰を誘導する方法において、 RFパルスの第1の系列により発生したスピンエコーに続
く位相分散(dephasing)時間間隔τの後にRFパルス
の第2の系列が開始され、RFパルスの第2の系列は、RF
場の周波数が下限周波数ωRFMINから上限周波数ωRFMAX
まで又はその逆に時間に対して単調な関係で掃引される
持続時間tP/2を有するチャープ再結像πパルスと持続時
間tPの後続のチャープπ/2パルスとを含んで成ることを
特徴とする方法。
5. A nuclear spin system subjected to a magnetic field of high magnetic field strength, which is generated after a lapse of a first π / 2 pulse and another time interval τ following the first π / 2 pulse. First
A first series of RF pulses comprising a basic sandwich consisting of a π pulse and a second π / 2 pulse generated after the elapse of another time interval τ following the first π pulse. In the NMR pulse experiment by irradiating the first series according to any one of the preceding paragraphs, and the excited multiquantum coherence is applied to the nuclear spin system. In the method of re-converting to longitudinal magnetization by irradiating a second series of RF pulses and inducing free induction decay, a phase dispersion time interval following spin echo generated by the first series of RF pulses. A second sequence of RF pulses is started after τ 1 and the second sequence of RF pulses is RF
Field frequency is lower limit frequency ω RFMIN to upper limit frequency ω RFMAX
Comprising a chirp re-imaging π pulse having a duration t P / 2 swept in a monotonic relationship with time and vice versa and a subsequent chirp π / 2 pulse of duration t P. How to characterize.
【請求項6】RFパルスの第2の系列はさらに前記後続の
チャープπ/2パルスに続く遅延時間τの後に印加され
る持続時間τπ=tP/2のもう一つのチャープπパルスを
含んでなり、そして得られるスピンエコーが該もう一つ
のチャープπパルスに続く最終遅延時間τの後に検出
されることを特徴とする請求の範囲第5項記載の方法。
6. The second series of RF pulses further comprises another chirp π pulse of duration τ π = t P / 2 applied after a delay time τ 2 following the subsequent chirp π / 2 pulse. A method according to claim 5, characterized in that the resulting spin echo is detected after a final delay time τ 3 following the another chirp π pulse.
【請求項7】高磁界強度の磁界をかけられた核スピン系
に、第1のπ/2パルス、該第1のπ/2パルスに続くデフ
ォーカシング時間間隔τの経過の後に発生せしめられる
第1のπパルス及び該第1のπパルスに続くもう一つの
時間間隔τの経過後に発生せしめられる第2のπ/2パル
スから成る基本サンドイッチを含んでなるRFパルスの第
1の系列を照射することによりNMRパルス実験において
多量子、特に二量子コヒーレンスを励起し、該励起され
た多量子コヒーレンスを、前記核スピン系にRFパルスの
第2の系列を照射することにより、縦磁化に再転換し、
自由誘導減衰を誘導する方法において、 前記基本サンドイッチの3つのRFパルスが、各々持続時
間tPを有するチャープパルスであって、該持続時間の
間、下限周波数ωRFminから上限周波数ωRFmax又はその
逆に時間に関して単調な関係で掃引されるチャープパル
スであり、そして、展開時間t1後に、基本サンドイッチ
に、正確に時間反転したサンドイッチ、即ち各々持続時
間tPを有し、互いにそれぞれ時間間隔τだけ間をおき、
上限周波数ωRFmaxから下限周波数ωRFminに又はその逆
に掃引されるπ/2、π及び再びπ/2の種類の3つのチャ
ープパルスが続くことを特徴とする方法。
7. A nuclear spin system subjected to a magnetic field of high magnetic field intensity, which is generated after a lapse of a first π / 2 pulse and a defocusing time interval τ following the first π / 2 pulse. Irradiating a first series of RF pulses comprising a basic sandwich consisting of one π pulse and a second π / 2 pulse generated after another time interval τ following the first π pulse. To excite multiquantum, especially two-quantum coherence in an NMR pulse experiment, and re-convert the excited multiquantum coherence into longitudinal magnetization by irradiating the nuclear spin system with a second series of RF pulses. ,
In the method for inducing free induction decay, the three RF pulses of the basic sandwich are chirp pulses each having a duration t P , during which the lower limit frequency ω RFmin to the upper limit frequency ω RFmax or vice versa. a chirped pulse is swept in a monotonous relation with respect to time, and, after deployment time t 1, the basic sandwich, accurate time reversed sandwich, i.e. each have a duration t P, by a distance τ respectively time together Pause,
A method characterized in that three chirp pulses of π / 2, π and again π / 2 are swept from the upper limit frequency ω RFmax to the lower limit frequency ω RFmin or vice versa.
【請求項8】RFパルスの前記第2の系列は、チャープπ
/2パルスと、それに続く該先行するチャープπ/2パルス
の半分の持続時間と2〜4倍、好ましくは約2.8倍の振
幅を有するチャープπパルスから成ることを特徴とする
請求の範囲第7項に記載の方法。
8. The second sequence of RF pulses is a chirp π.
7. A half-pulse followed by a half-duration of the preceding chirp π / 2 pulse and a chirp π pulse having an amplitude of 2 to 4 times, preferably about 2.8 times. The method described in the section.
【請求項9】NMR分光計、特に請求の範囲の先行する項
のいずれか1項に記載の方法を実行するNMR分光計であ
って、NMR実験において横磁化を励起するために用いら
れるRF電磁波場の速い周波数掃引を可能にするように設
計された周波数変調装置であって、該周波数掃引される
励起場は、掃引速度、RF振幅、掃引反復(sweep repeti
tion)に関して調節可能である周波数変調装置を備えて
成り、そして、さらに、周波数変調により励起場周波数
範囲が画成されるキャリヤ周波数に関して励起場の位相
シフトの調節を可能にするように設計された位相制御装
置と、位相感受的レシーバーの入力信号とRFキャリヤ周
波数に関してコヒーレントな位相関係に保持されるレシ
ーバー基準信号との間の位相シフトの調節を可能にする
位相シフト装置と、多量子コヒーレンス励起用のRFパル
ス、特にチャープパルスの第1の系列と該励起された多
量子コヒーレンスを横磁化に再転換するためのRFパル
ス、特にチャープパルスの第2の系列との発生を制御
し、得られる自由誘導減衰信号の採取を始めるようにし
た時間制御装置とを備えて成るNMR分光計。
9. An NMR spectrometer, in particular an NMR spectrometer implementing the method according to any one of the preceding claims, which is used for exciting transverse magnetization in an NMR experiment. A frequency modulator designed to enable a fast frequency sweep of a field, the frequency swept excitation field comprising a sweep rate, an RF amplitude, and a sweep repeti
and a frequency modulator that is adjustable with respect to the carrier frequency for which the excitation field frequency range is defined by frequency modulation, and is further designed to allow adjustment of the phase shift of the excitation field. A phase controller, a phase shifter that allows adjustment of the phase shift between the input signal of the phase-sensitive receiver and a receiver reference signal that is held in a coherent phase relationship with respect to the RF carrier frequency, and for multiple quantum coherence excitation. Of the RF pulse for reconverting the excited multi-quantum coherence into transverse magnetization, in particular the second sequence of chirp pulses, and in particular the second sequence of chirp pulses An NMR spectrometer comprising a time control device adapted to start the collection of the induced decay signal.
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