JP3998436B2

JP3998436B2 - Ｎｍｒ検出器

Info

Publication number: JP3998436B2
Application number: JP2001186664A
Authority: JP
Inventors: 志野英雄
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP2003004833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＭＲ装置に用いられるＮＭＲ検出器に関し、特に、異なる周波数で共振する複数の同調回路を備えたＮＭＲ検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多核観測用のＮＭＲ検出器では、通常、水素核（^１Ｈ核）などを測定する高い周波数（例えば、６００ＭＨｚ、以降ＨＦ周波数と呼ぶ）で共振するコイル（以降ＨＦコイルと呼ぶ）と、炭素核（^１３Ｃ核）などを測定する低い周波数（例えば、１５０ＭＨｚ、以降ＬＦ周波数と呼ぶ）で共振するコイル（以降ＬＦコイルと呼ぶ）とを備えていることが多い。
【０００３】
ＮＭＲ検出器の２種類のコイルのうち、ＬＦ周波数に同調しているＬＦコイルが、そのコイル線の長さ自体の影響で、ＨＦ周波数に対しても共振し得るようになっているような場合、すなわち、ＬＦコイルの長さが、ＨＦ波の１／８波長よりも長く、ＨＦ波に対して分布定数回路としての性質を無視できないような場合、ＬＦコイルからＨＦコイルへの干渉が少なくなるようにするために、ＬＦコイルの中点とグランドと間を、コンデンサーを介して接続する方法が採用されている（例えば、特公平７−１８９１９号公報を参照）。
【０００４】
図１に、ＬＦコイルからＨＦコイルへの干渉を低減させるための、従来の方法を示す。図中、Ｌ１はＬＦコイルである。ＬＦコイルＬ１に付加され、ＬＦ周波数（例えば１５０ＭＨｚ）での共振回路を構成するコンデンサーは、ほぼ同容量のコンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とに２分割されている。そして、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２の中点をグランドに落とすことにより、ＬＦ共振回路とグランドとの間の浮遊容量の発生を防止している。
【０００５】
また、Ｌ２はＨＦコイルである。ＨＦコイルＬ２に付加され、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）での共振回路を構成するコンデンサーもまた、ほぼ同容量のコンデンサーＣ４とコンデンサーＣ５とに２分割されている。そして、コンデンサーＣ４とコンデンサーＣ５の中点をグランドに落とすことにより、ＨＦ共振回路とグランドとの間の浮遊容量の発生を防止している。
【０００６】
また、１は、図示しない外部のＬＦ周波数供給源から供給されるＬＦ周波数を同調・整合してＬＦ共振回路に入力するとともに、ＬＦ共振回路で検出されたＮＭＲ信号をインピーダンス変換して、外部に出力する働きをするＬＦ外部入出力回路である。
【０００７】
また、２は、図示しない外部のＨＦ周波数供給源から供給されるＨＦ周波数を同調・整合してＨＦ共振回路に入力するとともに、ＨＦ共振回路で検出されたＮＭＲ信号をインピーダンス変換して、外部に出力する働きをするＨＦ外部入出力回路である。
【０００８】
このような構成において、ＬＦ共振回路は、集中定数回路としては、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）に共振しないはずであるにもかかわらず、ＬＦコイルＬ１の長さとコンデンサーＣ１およびＣ２との組み合わせにより、意図せずに、分布定数回路として、ＨＦ周波数付近でも共振していることがあり、その場合は、ＨＦ共振回路とＬＦ共振回路との間で干渉が起こり、ＨＦコイルＬ２とコンデンサーＣ４およびＣ５とで構成されるＨＦ共振回路側で、適切な同調が取れなくなるという問題が発生する。
【０００９】
一方、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２の中点がグランドに接続されていることから、ＬＦコイルＬ１のコイル中点は、ほぼグランド電位となり、この中点とグランド間に、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）では充分に小さなインピーダンスとなる比較的小容量のコンデンサーＣ３を付加しても、ＬＦ周波数（例えば１５０ＭＨｚ）での同調には大きな影響が出ない。
【００１０】
そこで、コンデンサーＣ３を付加することにより、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）において、ＬＦコイルＬ１がコイルの中点でグランドに短絡された状態と等価にすれば、ＬＦコイルＬ１の中点付近は、ＨＦ波にとっては強制的に波の節の部分になり、ＬＦコイルＬ１のコイル長による共振周波数は、もとのＨＦ周波数の２倍（例えば１２００ＭＨｚ）程度の値になり、ＬＦ共振回路からＨＦ共振回路への干渉が生じにくくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ＨＦコイルとＬＦコイルを合わせ持った多核観測用のＮＭＲ検出器では、上記のように、ＬＦコイルＬ１の中央部を小さなコンデンサーＣ３を介してグランドに落とすことにより、分布定数回路としてのＬＦコイルの共振周波数を引き上げて、ＨＦ周波数との干渉を回避しているが、時に、ＬＦコイルＬ１の共振周波数を、干渉するＨＦ周波数から充分に引き離し切れずに、ＬＦコイルＬ１とＨＦコイルＬ２との間に干渉が残ってしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した点に鑑み、ＬＦコイルＬ１の共振周波数を、干渉するＨＦ周波数から充分に引き離して、ＬＦコイルＬ１とＨＦコイルＬ２との間に干渉の起こらないＮＭＲ検出器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ検出器は、
異なる周波数で共振する複数のコイルと同調回路を、互いに接近して配置したＮＭＲ検出器において、
第１の周波数で共振するコイルの端部のグランドに落ちていない部分であって、しかも第２の周波数で共振するコイルの端部に近接する箇所を、第２の周波数で共振する直列共振回路を介してグランドに接続するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
また、異なる周波数で共振する複数のコイルと同調回路を、互いに接近して配置したＮＭＲ検出器において、
第１の周波数で共振するコイルの端部のグランドに落ちていない部分であって、しかも第２の周波数で共振するコイルの端部に近接する箇所に、第２の周波数でのインピーダンスを低減するための、第２の周波数で共振する先端を開放された同軸共振器を設けたことを特徴としている。
【００１５】
また、前記第１の周波数は、前記第２の周波数よりも低い周波数であることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図２は、本発明にかかるＮＭＲ検出器の、集中定数回路を用いた一実施例を示している。図２において、図１と同一部分には、同一符号を付している。
【００１８】
図中、Ｌ１はＬＦコイルである。ＬＦコイルＬ１に付加され、ＬＦ周波数（例えば１５０ＭＨｚ）での共振回路を構成するコンデンサーは、ほぼ同容量のコンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とに２分割されている。そして、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２の中点をグランドに落とすことにより、ＬＦ共振回路とグランドとの間の浮遊容量の発生を防止している。
【００１９】
また、Ｌ２はＨＦコイルである。ＨＦコイルＬ２に付加され、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）での共振回路を構成するコンデンサーもまた、ほぼ同容量のコンデンサーＣ４とコンデンサーＣ５とに２分割されている。そして、コンデンサーＣ４とコンデンサーＣ５の中点をグランドに落とすことにより、ＨＦ共振回路とグランドとの間の浮遊容量の発生を防止している。
【００２０】
また、１は、図示しない外部のＬＦ周波数供給源から供給されるＬＦ周波数を同調・整合してＬＦ共振回路に入力するとともに、ＬＦ共振回路で検出されたＮＭＲ信号をインピーダンス変換して、外部に出力する働きをするＬＦ外部入出力回路である。
【００２１】
また、２は、図示しない外部のＨＦ周波数供給源から供給されるＨＦ周波数を同調・整合してＨＦ共振回路に入力するとともに、ＨＦ共振回路で検出されたＮＭＲ信号をインピーダンス変換して、外部に出力する働きをするＨＦ外部入出力回路である。
【００２２】
また、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３は、コイルＬ３とコンデンサーＣ６とから成り、ＨＦ周波数で直列共振するＬＣ共振回路である。また、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路４は、同じく、コイルＬ４とコンデンサーＣ７とから成り、ＨＦ周波数で直列共振するＬＣ共振回路である。ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３は、ＨＦ周波数で共振するような値を持ったコイルＬ３とコンデンサーＣ６を直列につなぎ、グランドに接続する構成、また、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路４は、ＨＦ周波数で共振するような値を持ったコイルＬ４とコンデンサーＣ７を直列につなぎ、グランドに接続する構成になっている。
【００２３】
また、Ｌ５、Ｌ６は、ＬＦコイルＬ１から、コンデンサーＣ１、Ｃ２へ至るリード線である。
【００２４】
このような構成において、ＬＦコイルＬ１の両端部分では、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）で見た場合のインピーダンス（電圧振幅）が高くなっている。また、ＬＦコイルＬ１の両端部分は、ＨＦコイルＬ２においてＨＦ周波数のインピーダンス（電圧振幅）が高い部分（例えば、ＨＦコイルＬ２の両端部分）と空間的に近接している。このため、ＬＦコイルＬ１の両端部分には、ＨＦコイルＬ２との静電結合により、ＨＦ波の波の腹に相当する振幅電圧が誘起され、両コイル間に干渉を引き起こす。
【００２５】
これを避けるため、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３とＨＦ周波数インピーダンス低減回路４とが、ＨＦ周波数で見た場合にインピーダンス（電圧振幅）が高くなっているＬＦコイルの所定の箇所（例えば、ＬＦコイルＬ１の両端部分）に接続されている。ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３および４は、ＨＦ周波数で共振する集中定数回路であるため、回路の端末部分では、ＨＦ波のインピーダンス（電圧振幅）が極めて低くなっている。
【００２６】
ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３および４の接続により、ＬＦ共振回路において、ＨＦ周波数で見た場合にインピーダンス（電圧振幅）が高く、しかも、ＨＦ共振回路側のインピーダンス（電圧振幅）の高い部分と距離的に近い箇所（例えば、ＬＦコイルＬ１の両端部分）での、ＨＦ周波数のインピーダンス（電圧振幅）を強制的に低減させることができ、ＬＦ共振回路は、ＨＦ共振回路との間で、静電結合による干渉が起こりにくくなる。
【００２７】
その結果、ＬＦコイルＬ１の共振周波数を、ＨＦコイルＬ２の共振周波数から充分に引き離して、ＬＦコイルＬ１とＨＦコイルＬ２との間に干渉のないＮＭＲ検出器を実現することが可能になった。
【００２８】
尚、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３、４におけるコイルとコンデンサーの順序は、逆にしても良い。
【００２９】
図３は、本発明にかかるＮＭＲ検出器の、分布定数回路を用いた別の実施例を示している。図３において、図１および図２と同一部分には、同一符号を付している。
【００３０】
図中、Ｌ１はＬＦコイルである。ＬＦコイルＬ１に付加され、ＬＦ周波数（例えば１５０ＭＨｚ）での共振回路を構成するコンデンサーは、ほぼ同容量のコンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とに２分割されている。そして、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２の中点をグランドに落とすことにより、ＬＦ共振回路とグランドとの間の浮遊容量の発生を防止している。
【００３１】
また、Ｌ２はＨＦコイルである。ＨＦコイルＬ２に付加され、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）での共振回路を構成するコンデンサーもまた、ほぼ同容量のコンデンサーＣ４とコンデンサーＣ５とに２分割されている。そして、コンデンサーＣ４とコンデンサーＣ５の中点をグランドに落とすことにより、ＨＦ共振回路とグランドとの間の浮遊容量の発生を防止している。
【００３２】
また、１は、図示しない外部のＬＦ周波数供給源から供給されるＬＦ周波数を同調・整合してＬＦ共振回路に入力するとともに、ＬＦ共振回路で検出されたＮＭＲ信号をインピーダンス変換して、外部に出力する働きをするＬＦ外部入出力回路である。
【００３３】
また、２は、図示しない外部のＨＦ周波数供給源から供給されるＨＦ周波数を同調・整合してＨＦ共振回路に入力するとともに、ＨＦ共振回路で検出されたＮＭＲ信号をインピーダンス変換して、外部に出力する働きをするＨＦ外部入出力回路である。
【００３４】
また、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３は、干渉するＨＦ周波数で共振する、１／４波長の長さを持った同軸共振器Ｌ７、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路４は、同じく、干渉するＨＦ周波数で共振する、１／４波長の長さを持った同軸共振器Ｌ８から成っている。同軸共振器Ｌ７、Ｌ８の端部は、ＬＦコイルＬ１につながらない側で開放となっており、インピーダンス（電圧振幅）が最大になっている。一方、ＬＦコイルＬ１とつながっている側の同軸共振器Ｌ７、Ｌ８の端部は、開放端からほぼ１／４波長離れているため、ＨＦ波のインピーダンス（電圧振幅）が非常に小さくなっている。また、同軸共振器Ｌ７、Ｌ８の外部導体は、ＬＦコイルＬ１とつながっていない側でグランドに接続されている。
【００３５】
また、Ｌ５、Ｌ６は、ＬＦコイルＬ１から、コンデンサーＣ１、Ｃ２へ至るリード線である。
【００３６】
このような構成において、ＬＦコイルＬ１の両端部分では、ＨＦ周波数（例えば６００ＭＨｚ）で見た場合のインピーダンス（電圧振幅）が高くなっている。また、ＬＦコイルＬ１の両端部分は、ＨＦコイルＬ２においてＨＦ周波数のインピーダンス（電圧振幅）が高い部分（例えば、ＨＦコイルＬ２の両端部分）と空間的に近接している。このため、ＬＦコイルＬ１の両端部分には、ＨＦコイルＬ２との静電結合により、ＨＦ波の腹に相当する振幅電圧が誘起され、両コイル間に干渉を引き起こす。
【００３７】
これを避けるため、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３とＨＦ周波数インピーダンス低減回路４とが、ＨＦ周波数で見た場合にインピーダンス（電圧振幅）が高くなっているＬＦコイルの所定の箇所（例えば、ＬＦコイルＬ１の両端部分）に接続されている。ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３および４は、ＨＦ周波数で共振する分布定数回路であるため、回路の端末部分では、ＨＦ波のインピーダンス（電圧振幅）が極めて低くなっている。
【００３８】
ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３および４の接続により、ＬＦ共振回路において、ＨＦ周波数で見た場合にインピーダンス（電圧振幅）が高く、しかも、ＨＦ共振回路側のインピーダンス（電圧振幅）の高い部分と距離的に近い箇所（例えば、ＬＦコイルＬ１の両端部分）での、ＨＦ周波数のインピーダンス（電圧振幅）を強制的に低減させることができ、ＬＦ共振回路は、ＨＦ共振回路との間で、静電結合による干渉が起こりにくくなる。
【００３９】
その結果、ＬＦコイルＬ１の共振周波数を、ＨＦコイルＬ２の共振周波数から充分に引き離して、ＬＦコイルＬ１とＨＦコイルＬ２との間に干渉のないＮＭＲ検出器を実現することが可能になった。
【００４０】
尚、同軸共振器Ｌ７、Ｌ８の長さは、必ずしもＨＦ周波数の電磁波の１／４波長である必要はなく、波長の（２ｎ＋１）／４倍であれば、同等の効果を得ることができる。
【００４１】
また、図２と図３で示した例は、いずれもＨＦ共振回路、ＬＦ共振回路、ともに、Ｌ１、Ｌ２のコイル端をグランドに落とさない平衡共振回路であったが、図４に示すような、Ｌ１、Ｌ２のコイルの一端をグランドに落とす不平衡共振回路の場合は、一般に、グランドに落とした側のコイル端での干渉は起こりにくい。従って、この場合には、図４に示すように、Ｌ１のグランドに落としていない片側のみに、ＨＦ周波数インピーダンス低減回路３を接続すれば良い。
【００４２】
また、上記実施例は、いずれもＬ１、Ｌ２の２つのコイル間の干渉を防ぐ方法を述べたものであるが、干渉するコイル数が２つよりも多い場合は、適宜、干渉する箇所に、干渉する周波数のインピーダンス低減回路を接続すれば良い。
【００４３】
また、上記実施例では、ＨＦコイルとＬＦコイルの組み合わせの例を挙げたが、それ以外にも、本発明は、ＨＦコイルとＨＦコイルの組み合わせで共振周波数が互いに異なっている場合や、ＬＦコイルとＬＦコイルの組み合わせで共振周波数が互いに異なっている場合における静電的な干渉に対しても、有効であることは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のＮＭＲ検出器によれば、異なる周波数で共振する複数の同調回路を、互いに接近して配置したＮＭＲ検出器において、第１の周波数で共振する第１の同調回路における第２の周波数でのインピーダンスの高い部分であって、しかも第２の周波数で共振する第２の同調回路のインピーダンスの高い部分に近接する箇所に、第２の周波数でのインピーダンスを低減する手段を設けたので、第１の同調回路の共振周波数を、第２の同調回路の共振周波数から充分に引き離して、同調回路間の干渉を低減することができ、複数の同調回路が相互に干渉し合わないＮＭＲ検出器を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＮＭＲ検出器を示す図である。
【図２】本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例を示す図である。
【図３】本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例を示す図である。
【図４】本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ＬＦ外部入出力回路、２・・・ＨＦ外部入出力回路、３・・・ＨＦ周波数インピーダンス低減回路、４・・・ＨＦ周波数インピーダンス低減回路、Ｌ１・・・ＬＦコイル、Ｌ２・・・ＨＦコイル、Ｌ３〜Ｌ４・・・コイル、Ｌ５〜Ｌ６・・・リード線、Ｌ７〜Ｌ８・・・同軸共振器、Ｃ１〜Ｃ７・・・コンデンサー。

Claims

異なる周波数で共振する複数のコイルと同調回路を、互いに接近して配置したＮＭＲ検出器において、
第１の周波数で共振するコイルの端部のグランドに落ちていない部分であって、しかも第２の周波数で共振するコイルの端部に近接する箇所を、第２の周波数で共振する直列共振回路を介してグランドに接続するようにしたことを特徴とするＮＭＲ検出器。
異なる周波数で共振する複数のコイルと同調回路を、互いに接近して配置したＮＭＲ検出器において、
第１の周波数で共振するコイルの端部のグランドに落ちていない部分であって、しかも第２の周波数で共振するコイルの端部に近接する箇所に、第２の周波数でのインピーダンスを低減するための、第２の周波数で共振する先端を開放された同軸共振器を設けたことを特徴とするＮＭＲ検出器。
前記第１の周波数は、前記第２の周波数よりも低い周波数であることを特徴とする請求項１または２記載のＮＭＲ検出器。