JP4456624B2 - Ｎｍｒ用試料管 - Google Patents

Description

本発明は、核磁気共鳴信号測定装置（ＮＭＲ装置）に用いるのに好適なＮＭＲ用試料管に関する。

核磁気共鳴信号測定装置では、測定対象である試料へ高周波磁場を印加して、試料からの核磁気共鳴信号を取得する。この信号強度を高めるために、試料空間の静磁場均一度は高いことが要求される。

貴重な試料であるので、微量の試料を細い試料管に入れて測定を行う。通常、試料は液体である。このとき、試料の磁化率と試料周辺物の磁化率との差が、試料空間の静磁場均一度を低下させる原因となる。すなわち、静磁場方向から見て試料と試料周辺物とが隣接する部分に磁化率の段差が存在すると、磁荷が現れ、磁場を発生し、磁場均一度が低下する。

特許文献１には、試料と同じ磁化率の物質を試料の下側に配置し、その上に試料を入れ、試料の上から試料と同じ磁化率に調整したプラグを挿入する対称型試料管とし、さらにプラグを泡抜き用の貫通孔が形成された第１のプラグと、第１のプラグに嵌合する第２のプラグとから構成することが記載されている。

特開平１０−３３２８００号公報

特許文献１に記載の発明は、試料部に生ずる泡の除去を目的としている。

本発明の目的は、試料と同じ或いはほぼ同じ磁化率に調整されたプラグを用いるＮＭＲ用試料管において、試料空間の静磁場均一度を高めることにある。

本発明のＮＭＲ測定に用いる試料管は、測定対象である試料の試料管軸方向の両側または片側に試料の磁化率と等しいか或いはほぼ等しくなるように調整されたプラグを有し、プラグと試料空間を合わせた形状が試料管軸を回転軸とする回転楕円体の形状にしたものである。

プラグの磁化率は、試料の磁化率と同じか、或いは異なっていても試料の磁化率の±１０％以内になるように調整することが望ましい。

本発明により、試料空間の静磁場均一度が高まり、ＮＭＲ測定感度が向上する。

試料管軸に対して同じ方向から静磁場を印加する場合、試料空間から静磁場方向へ隣り合う場所にプラグを設置し、その境界面を回転楕円体の一部とすることにより、試料空間の静磁場均一度を高めることができる。

一方、試料管軸に対して直交する方向から静磁場を印加する場合、試料空間は試料管を挟んで空気に包まれている。また、ＮＭＲ信号送受信のためのコイルは、試料管軸を軸として、試料管のなるべく近くに配置する必要がある。よって、この磁場方向の場合には、試料空間から静磁場方向へ隣り合う空間には、試料空間を包むように磁化率調整プラグを配置することは困難である。つまり、この磁場方向の場合には、試料空間はおおよそ空気に包まれている。

本発明は、試料と磁化率調整プラグを足した領域を回転楕円体として、試料空間の静磁場均一度を高めたものである。磁化率一定の回転楕円体中では磁場強度が一定であるという電磁気的性質に基づいた発明である。

本発明の好ましい実施形態では、プラグの形状は、試料管軸を回転軸とする回転楕円体を軸方向に２分割した形状とされる。

他の好ましい実施形態では、プラグの形状が、試料管軸を回転軸とする回転楕円体を軸方向に２分割した形状とされ、さらに、その回転楕円体の試料接触面側に試料管軸方向長さが１ｍｍ以下の円柱部分を付け足した形状とされる。

また、試料管の片端が封じてあり、その試料管の底に密着する形状のプラグが試料の上部にのみ配置される。

また、プラグの試料接触面が試料から見て遠ざかる方向に、試料管軸を回転軸とする回転楕円体の半分の形状に凹み、試料空間が回転楕円体の形状とされる。

試料空間とプラグをガラスで包み、そのガラスに試料を通過させる管が配置しても良い。

また、非常に好ましい実施形態では、プラグの片方または両方に試料を通過させるための穴が設けられる。更に、プラグの片方または両方に試料を通過させるためのプラグ位置調整棒が設けられる。

以下、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例によるＮＭＲ用試料管を模式的に示したものである。試料管３の中に、試料２とプラグ１が配置されている。図１のＮＭＲ用試料管は、静磁場方向１０から見て、プラグ１と試料２を合わせた形状が試料管軸４を回転軸とする回転楕円体に近い形となっている。また、プラグ１に円柱部分を設けている。対称性を良くするために、上下に配置したプラグは同一形状にすることが望ましい。

試料と上部プラグとの間に気泡が溜まることも静磁場均一度を低下させる原因の一つである。よって試料管３とプラグ１との間に、泡抜き用のわずかな隙間や溝を設けても良い。また、下部プラグは試料管３と一体になるように作製しても良い。試料２の高さは使用するＮＭＲ送受信アンテナの感度領域に合わせて適宜調整する。

プラグの材料は試料に合わせて変えるべきであり、樹脂やガラスあるいは、これに磁化率調整のための金属を混ぜたものなどが好ましい。

本実施例のようにプラグ１に円柱部分を設けると、プラグ１が作製しやすくなり、試料２の漏れも少ない。

図２は、プラグの円柱部分を無くしたものである。プラグの円柱部分を無くすか、或いは円柱部分を１ｍｍ以下に短くすることで、試料とプラグを合わせた形状が実施例１の場合よりもさらに回転楕円体に近くなり、試料の磁場均一度が向上する。

図３はプラグ１の形状を試料管３の底の形状と等しい形に成形し、そのプラグを試料２の上部にのみ配置したものである。本実施例でも、試料２とプラグ１を合わせた形状が回転楕円体に近づき、試料の磁場均一度が向上する。本実施例はプラグが１個で済むというメリットがある。

図４はプラグ１の試料２に接する面を回転楕円体状にくりぬき、試料空間自身の形状を回転楕円体に近づけたものである。このように構成した場合でも試料２とプラグ１の磁化率の差から生じる不整磁場を抑制でき、試料空間の磁場均一度を高めることができる。

図５は試料管３の底の形状を先頭に行くにつれて細くして回転楕円体の半分となる形状にし、その形状に合わせたプラグを上部に配置したものである。試料２とプラグ１を合わせた形状を回転楕円体として、試料の磁場均一度を向上させている。

図６はプラグ１を試料の上下に配置し、プラグ１の試料２に接する面を回転楕円体状にくりぬき、さらに上部プラグに試料を入れる試料通過口５を配置したものである。試料通過口５は気泡を追い出すために使用することもできる。試料通過口５に存在する試料を測定対象に含みたくない場合には、試料通過口５をなるべく細くするか、或いは栓をすると良い。

図７は試料を挟んで上下に位置するプラグに、それぞれ試料通過口５を配置し、さらに試料管に試料挿入管９を設けたものである。これにより、試料２の出し入れが可能となり、また試料挿入管９を通して循環させることが可能になる。本実施例では試料挿入管一体型試料管８でプラグを覆うことにより、試料２、プラグ１の位置を固定している。試料挿入管一体型試料管８はガラスやプラスチックで作製できるが、厚さは均一とするのが良い。

本実施例では、測定対象となる試料の量やプラグとの相対位置が固定され、また試料を流し入れることで試料のみ交換する測定が可能となる。その結果、試料の交換時間を短くでき、また、試料濃度を連続的に変化させる測定も可能となる。

図８はプラグ１の試料通過口５を延長する形でプラグの位置調整棒６を配置している。また試料管７をパイプ状もしくは直線部が十分長い形にして、試料体積に応じた位置にプラグを移動させることができるようにしている。本実施例では両方のプラグに位置調整棒６を配置しているが、片端が封じられた試料管では一方のプラグに位置調整棒６を設ければよい。

図９は図８で示した実施例において、試料として水生植物１１を配置したものである。本実施例は植物の細胞液や排出液が測定対象である。ＮＭＲ装置の感度領域１３は通常固定されているが、プラグ１を上下させることで、測定したい部位を感度領域１３の中に配置することが可能となる。本実施例では水生植物の自然な形に合わせるために試料管軸を鉛直方向とした。

図１０は水中動物１２の例として魚類を測定空間に配置したものである。水中動物１２を自然な形で試料管に収めるには、試料管を水平方向に長くする必要があるため、試料管軸を水平方向とした。その他の構成は図９に示したものと同一である。

図１１は静磁場方向１０と試料管軸４が同一である場合を示している。本実施例のように、磁場方向１０と試料管軸４が同一である場合でも、プラグ１と試料２を合わせた形状は回転楕円体となるため、試料空間の磁場均一度を向上させることができる。

図１２と静磁場方向１０と試料管軸４とが同一である場合における水生植物１１の配置例を示し、図１３は同じく静磁場方向１０と試料管軸４とが同一である場合における水中動物１２の配置例を示している。

実施例１に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例２に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例３に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例４に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例５に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例６に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例７に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例８に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例９に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例１０に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 実施例１１に係るＮＭＲ用試料管の模式図である。 試料空間に水生植物を配置したＮＭＲ用試料管の模式図である。 試料空間に水中動物を配置したＮＭＲ用試料管の模式図である。

符号の説明

１…プラグ、２…試料、３…試料管、４…試料管軸、５…試料挿入口、６…位置調整棒、７…試料管、８…試料挿入管一体型試料管、９…試料挿入管、１０…静磁場方向、１１…水生植物、１２…水中動物。

Claims (7)

1. ＮＭＲ測定に用いる試料管であって、測定対象である試料の試料管軸方向の両側または片側に試料の磁化率と等しいか或いはほぼ等しくなるように調整されたプラグを有し、前記プラグと試料空間を合わせた形状が試料管軸を回転軸とする回転楕円体であることを特徴とするＮＭＲ用試料管。
2. 前記プラグは、試料空間と接しない側の試料管軸を回転軸とする回転楕円形状と、試料接触面側の試料管軸方向長さが１ｍｍ以下の試料管に接する円柱部分を付け足した形状であることを特徴とする請求項１に記載のＮＭＲ用試料管。
3. 前記回転楕円体以外の領域は、前記試料がはみ出さないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＮＭＲ用試料管。
4. 前記プラグの試料接触面が試料から見て遠ざかる方向に、試料管軸を回転軸とする回転楕円体の半分の形状に凹み、試料空間が回転楕円体の形状であることを特徴とする請求項１に記載のＮＭＲ用試料管。
5. 前記プラグの片方または両方に試料を通過させるための穴が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＮＭＲ用試料管。
6. 試料空間とプラグをガラスで包み、前記ガラスに試料を通過させるための穴が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のＮＭＲ用試料管。
7. 前記プラグの片方または両方に試料を通過させるためのプラグ位置調整棒が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＮＭＲ用試料管。

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