JP3734303B2 - 周囲の磁化率の摂動を低減したｎｍｒ分光計 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴現象に基づいた分析装置に関し、特に、ＮＭＲ分光計のプローブの周囲条件による磁気の摂動を低減したＮＭＲ分光計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＭＲを介してサンプルを精密に分析するとき、この精度は、１０9の一部を達成するところまできた。
【０００３】
測定値には、印加した磁場、様々の磁場発生源によるノイズ、環境の不安定性、及びＮＭＲプローブの非対称構造における不均一性が含まれ、達成可能な精度を制限している。
【０００４】
特に、ＮＭＲプローブの有効領域を占有し画成する分光計の構成要素の構造は、有効領域を画成するＲＦコイルを形成する材料に固有の有限磁化率を含む。これには、伝導物質、支持形状、接着剤、結合物等が含まれる。
【０００５】
この種の摂動からの不均一性を低減した測定がアンダーソン（Anderson）らの米国特許第３０９１７３２号に説明され、所望の均一性を確実にするための接着剤や材料に合致した磁化率が与えられている。
【０００６】
このような材料が、構成要素に欠かせない空気に近似した有効総磁化率を示すために必要である。
【０００７】
よって、この従来技術は、ＲＦプローブ（特定的に、コイル）の構造上の構成成分を有効容積内の媒体に合致させることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の解決しようとする課題】
ＲＦプローブの固体構成成分の磁化率を合致させる制御は固定温度において有効であるが、温度が変化すると、周囲の流体（ガス又は液体の媒体）の容積磁化率も変化する。
【０００９】
つまり、有効領域内にある特定のガス（又は液体）の存在が磁気摂動源であることがわかる。
【００１０】
このガスは、磁石低温保持器、又はプローブを収容する別の低温保持装置からの低温蒸気（cryogenic vapor）（窒素及びヘリウム）を含む。そして、この低温ガスは、低温保持器から排気され、環境中に落ちつくか又は環境中に行き渡る。また、高解像度ＮＭＲ分光学で共通して使用される高速スピナーに用いる不特定ガスを有し得る。
【００１１】
本発明の課題は、ＲＦプローブ装置により画成された有効容積の内部に封入された対象物の構造を分析するためのＮＭＲ装置において、媒体（つまり、ガス等の流体）の磁化率を構成成分に合致させることができるＮＭＲ装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のＮＭＲ装置は、別々の特定磁化率の少なくとも２つの流体の混合物が、所望の総容積磁化率（好適に、固体構成要素の容積磁化率に合致する）を達成するために選択されたそれぞれの分圧で有効容積に導入されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、低温保持装置１０が、この低温保持装置１０のボア１２に偏向磁場を保持するための超伝導磁石（図示せず）を収容している。
【００１４】
ボア１２は、偏向磁場の残留誤差を修正するための室温シムコイルと、磁場を制御可能な所望の傾きにするための傾斜コイルとを収容する。
【００１５】
シムコイル（shim coil）及び傾斜コイルは、ボア１２の周縁部（室温）に配置されるコイル１４として図中に示されている。
【００１６】
プローブハウジング１６は、送信機／変調器１８のような１個以上のＲＦソースからのサンプル（図示せず）を励起し、サンプルからマルチプレクサ１９を介して受信器２０へと送った共鳴信号を接続するのための調節回路を含む。
【００１７】
プローブは、気圧手段によってサンプルをスピンさせ、所望の熱条件を維持するための装置も含む。
【００１８】
これらは、ガス制御器２２で代表して図示されている。
【００１９】
シムコイル及び傾斜コイル１４は、それぞれ、シム制御器２４及び傾斜制御器２６に応答する。
【００２０】
制御プロセッサ２８は、機器及びサブシステムの動作の統制をし、ホストプロセッサ３０は、使用者と、データの処理、構成、表示及び判読をする動作を開始したり、それらを行うインターフェースを統制する。
【００２１】
大気ガスのような流体の磁化率は、ＲＦプローブ内の対象とするサンプルの周囲の磁気摂動源として注目される。
【００２２】
同様に、（ガス流体について）本発明は、ＲＦプローブ内の周囲のガス環境の分圧を制御し、これにより、得られた容積磁化率を確立、維持することができる。
【００２３】
図２は、印加した磁場の範囲にわたる、純Ｎ2（pure Ｎ2）と、通常の大気にあるＮ2（７８％）−Ｏ2との磁化特性を示すものである。これら２つのガス環境は、異なる性質を示すことがわかる。
【００２４】
特定の複合混合物が、１気圧（全圧、一定）で、別々の温度で分析され、その結果を図２に示す。
【００２５】
固体構成成分と空気との間で合致した磁化率がみられることが共通している（約０．０２６ｐｐｍ／ｃｍ3）。
【００２６】
図２のデータは、所望の値が２８０Ｋ°から３２０Ｋ°において約０．０１７５から０．０２１の範囲にわたって確認できることを示している。
【００２７】
好適な変形実施例では、Ｎ2及びＯ2が、各々、選択された分圧で混合するプレナム（plenum）に向けられ、所望の容積磁化率を達成し、次いで、この混合物が、ＲＦプローブ又は磁石ボアのいずれかを通じて流域（flow regime）に導入される。
【００２８】
図５は、ガスＧ1及びＧ2が、流量制御器（又は、流体導入レギュレータ）６０及び６１を通じてプレナム６２へと選択した割合で導入される、ところの配列を示し、ここで、プレナム６２でガスＧ1及びＧ2が混合され、これらガスＧ1及びＧ2の混合物が超伝導磁石のボアへと導入され、ガスは、ＲＦプローブ６４を含むボアの内部構造全体にわたって満たされる。
【００２９】
よって、コイルのようなＲＦプローブ６４から成る構成要素の取り扱いが難しいが、選択したガス（非腐食性ガス）を使用して、このような構成要素の磁化率をマスク（mask）することが非常に容易であることがわかった。
【００３０】
本発明の他の実施例では、高価なガスや有毒なガスが使用されるとき、図６を参照して、容器６６が密閉され、この容器自体が、この容器を取り囲んだ周囲コイル構造６８に対する磁化率に合致される。
【００３１】
本発明のその他の実施例では、磁石ボアに導入されるガスがボア構造で加圧され、又は再循環され、図７に示すような構造によって、加圧又は再循環を行うことができる。
【００３２】
本発明が特定的な実施例によって説明され、特定例がガス状流体を用いて説明されてきたが、当業者が、他の変更物や変形物を、以上の説明から想到することができるであろう。本発明の新規な構成効果から逸脱せずに、添付の特許請求の範囲内で多くの変更物が実施可能であることが理解されるべきである。手段及び機能が構造的に同等のものだけでなく同等の構造をも特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、典型的なＮＭＲ分光計のブロック図を示す。
【図２】図２は、Ｏ2-Ｎ2の容積磁化率の測定値を示す。
【図３】図３は、２つの場合のＯ2-Ｎ2混合物の磁気特性変化の磁力計測定値を示す。
【図４】図４（a）及び（b）はそれぞれ、２つの場合のＯ2-Ｎ2混合物の条件での、水の陽子共鳴の一組のグラフを示す。
【図５】図５は、本発明の好適実施例のガス流配列を示す。
【図６】図６は、ＲＦコイル内に封入されたサンプルを示す。
【図７】図７は、ガスに合致した磁化率の再循環配列の例を示す。
【符号の説明】
１０．．．低温保持装置
１２．．．ボア
１４．．．シムコイル及び傾斜コイル
１６．．．プローブハウジング
１８．．．送信器／変調器
１９．．．マルチプレクサ
２０．．．受信器
２２．．．ガス制御器
２４．．．シム制御器
２６．．．傾斜制御器
２８．．．制御プロセッサ
３０．．．ホストプロセッサ
６０、６１．．．流量制御器（流体導入レギュレータ）
６２．．．プレナム
６４．．．ＲＦプローブ
６６．．．容器
６８．．．コイル構造
Ｇ1、Ｇ2．．．ガス

Claims (6)

  1. ＲＦプローブ装置により画成された有効容積内の所定の領域に封入された対象物の構造を分析するためのＮＭＲ装置であって、
    （１）第１の流体の分圧を前記有効容積の内部で分圧Ｐ1に維持するための第１の流体導入レギュレータと、
    （２）第２の流体の分圧を前記有効容積の内部で分圧Ｐ2に維持するための第２の流体導入レギュレータ、
    とから成り、
    前記第１及び第２の流体のそれぞれが、χ1及びχ2のモル磁化率を有し、前記第１及び第２の流体のいずれもが、前記所定の領域と通じておらず、
    前記第１及び第２の流体導入レギュレータが、前記有効容積内における前記第１及び第２の流体の混合物の容積磁化率が所定範囲内の所望の値になるように、それぞれ前記第１及び第２の流体の分圧を調整するようになっている
    ところのＮＭＲ装置。
  2. 請求項１記載のＮＭＲ装置であって、
    所望の前記容積磁化率を得るために混合される流体の数が少なくとも２つである、
    ところのＮＭＲ装置。
  3. 請求項１記載のＮＭＲ装置であって、
    前記有効容積が、前記ＲＦプローブ装置の固体構成成分により画成されており、
    前記所望の値が、実質的に、前記固体構成成分の磁化率に合致する、
    ところのＮＭＲ装置。
  4. 請求項３記載のＮＭＲ装置であって、
    前記固体構成成分が、ＲＦコイルである、
    ところのＮＭＲ装置。
  5. 請求項１記載のＮＭＲ装置であって、
    前記有効容積が、超伝導磁石のボアの内部にあり、
    前記流体混合物が、前記ボアを通じて流れ、前記ボアから排出される、
    ところのＮＭＲ装置。
  6. 請求項１記載のＮＭＲ装置であって、
    前記有効容積が、超伝導磁石のボアの内部にあり、
    前記流体混合物が、前記ボアを通じて流れ、前記ボアを通じて再循環される、ところのＮＭＲ装置。
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