JP4997370B2 - Ｎｍｒ検出器 - Google Patents

Description

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。

通常、多核観測用のＮＭＲ検出器では、水素核（¹Ｈ核）などを測定する高い周波数ｆ₁（例えば、８００ＭＨｚ、以降ＨＦ周波数と呼ぶ）で共振する回路と、炭素核（¹³Ｃ核）、窒素核（¹⁵Ｎ核）、リン核（³¹Ｐ核）などを測定する低い周波数ｆ₂（例えば、¹³Ｃ核では２０１ＭＨｚ、¹⁵Ｎ核では８１ＭＨｚ、³¹Ｐ核では３２４ＭＨｚ、これらを以降ＬＦ周波数と呼ぶ）で共振する回路とを備えている。

従来、多重共鳴測定に用いられる周波数可変型ＮＭＲ検出器としては、例えば図１に示す構成が知られている。図中１は、試料に近接して配置される試料コイルである。該試料コイル１には、励起用ＨＦ周波数が入出力端子９からＨＦ用同調整合回路８、引き出し線７、ＨＦ用同軸共振器の内部導体（芯線）３、引き出し線２を介して入力されるとともに、励起用ＬＦ周波数が入出力端子１３からＬＦ用同調整合回路１１を介して入力される。

４はＨＦ用同軸共振器の外部導体で、アース線１２によって接地電位に保たれている。外部導体４には穴６が設けられており、該穴６を通した引き出し線７を経由してＨＦ信号がＨＦ用同調整合回路８に導き出され、入出力端子９から出力される。一方、ＬＦ信号は入出力端子１３からＬＦ用同調整合回路１１を介して出力される。

ＨＦ用同軸共振器は、内部導体３と外部導体４で構成されるＨＦの１／４波長共振器である。ＨＦ用同軸共振器の試料コイル１側端部は、内部導体３と外部導体４がオープンの関係にあり、ＨＦ共振時、ＨＦの磁界振幅がゼロ、ＨＦの電界振幅が最大となる。

特公昭６４−１１８９７号公報 特開２００４−４５３５１号公報 特開２００４−２８６６９５号公報

ところで、ＨＦ用同軸共振器の試料コイル１とは反対側の端部には、回路をＨＦに同調させるために、摺動子５が設けられている。該摺動子５が、ＨＦ用同軸共振器の内部導体３と外部導体４を短絡させながら摺動し、ＨＦ用同軸共振器の実効電気長を可変させることにより、分布定数回路の値を変化させ、ＨＦ周波数に対するＨＦ用同軸共振器の共振周波数を可変させていた。

ところが、ＨＦ共振時、ＨＦ用同軸共振器の摺動子側端部は、ＨＦ電流が最も多く流れる部分となるため、摺動子５を摺動させると、電気的接触がなめらかでない場合、ＨＦ信号に電気ノイズが入りやすいという問題があった。

本発明の目的は、上述した点に鑑み、ＨＦ同調時に摺動子を摺動させても、ＨＦ信号に電気ノイズが入りにくいＮＭＲ検出器を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ検出器は、
試料コイルを備え、¹Ｈ核の共鳴周波数を含む高い周波数帯域の高周波（ＨＦ）と、¹³Ｃ核、¹⁵Ｎ核、³¹Ｐ核の共鳴周波数を含む低い周波数帯域の高周波（ＬＦ）に二重同調可能に構成されたＮＭＲ検出器において、
前記試料コイルの一端に接続され、該接続端とは反対側の端部を終端された内部導体と、該内部導体の終端部と同じ側の端部を終端された外部導体とから成る少なくとも１つのＨＦのｎ／４波長同軸共振器（ｎは正の奇数または２）を備えるとともに、
該同軸共振器の内部導体は太い領域と細い領域を持ち、両者の比率を可変させることにより所望のＨＦ周波数に同調させるものであり、かつ、芯線、芯線よりも短くて芯線の周りを同心円状に取り囲む筒体、および芯線と筒体の間を電気的に短絡させながら摺動する摺動子の、いずれも導体で作られた３者から成り、摺動子を筒体から芯線に沿って前記試料コイル方向にせり出させる、または摺動子を芯線に沿って筒体の内側に引き込ませることにより、該内部導体の太さを可変させるものであることを特徴としている。

本発明のＮＭＲ検出器によれば、
試料コイルを備え、¹Ｈ核の共鳴周波数を含む高い周波数帯域の高周波（ＨＦ）と、¹³Ｃ核、¹⁵Ｎ核、³¹Ｐ核の共鳴周波数を含む低い周波数帯域の高周波（ＬＦ）に二重同調可能に構成されたＮＭＲ検出器において、
前記試料コイルの一端に接続され、該接続端とは反対側の端部を終端された内部導体と、該内部導体の終端部と同じ側の端部を終端された外部導体とから成る少なくとも１つのＨＦのｎ／４波長同軸共振器（ｎは正の奇数または２）を備えるとともに、
該同軸共振器の内部導体は太い領域と細い領域を持ち、両者の比率を可変させることにより所望のＨＦ周波数に同調させるものであり、かつ、芯線、芯線よりも短くて芯線の周りを同心円状に取り囲む筒体、および芯線と筒体の間を電気的に短絡させながら摺動する摺動子の、いずれも導体で作られた３者から成り、摺動子を筒体から芯線に沿って前記試料コイル方向にせり出させる、または摺動子を芯線に沿って筒体の内側に引き込ませることにより、該内部導体の太さを可変させるものであるので、
ＨＦ同調時に摺動子を摺動させても、ＨＦ信号に電気ノイズが入りにくいＮＭＲ検出器を提供することが可能になった。

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検出器の一実施例である。図中１は、試料に近接して配置される試料コイルである。該試料コイル１には、励起用ＨＦ周波数が入出力端子９からＨＦ用同調整合回路８、引き出し線７、ＨＦ用同軸共振器の内部導体（芯線）３、引き出し線２を介して入力されるとともに、励起用ＬＦ周波数が入出力端子１３からＬＦ用同調整合回路１１を介して入力される。

４はＨＦ用同軸共振器の外部導体で、アース線１２によって接地電位に保たれている。外部導体４には穴６が設けられており、該穴６を通した引き出し線７を経由してＨＦ信号がＨＦ用同調整合回路８に導き出され、入出力端子９から出力される。一方、ＬＦ信号は入出力端子１３からＬＦ用同調整合回路１１を介して出力される。

ＨＦ用同軸共振器は、内部導体３と外部導体４で構成されるＨＦの１／４波長共振器であり、ＨＦ周波数を共振させる際に、分布インダクタンスとしての役割を担っている。ＨＦ用同軸共振器の試料コイル１側端部は、内部導体３と外部導体４がオープンの関係にあり、ＨＦ共振時、ＨＦの磁界振幅がゼロ、ＨＦの電界振幅が最大となる。

本発明にかかるＨＦ用同軸共振器の内部導体は、芯線３、芯線よりも短くて芯線３の周りを同心円状に取り囲む筒体１０、および芯線３と筒体１０のすきまを摺動する摺動子５により構成されている。摺動子５は、図示しないネジ等の可変部材によってＨＦ用同軸共振器の軸方向に摺動される。

芯線３、芯線よりも短くて芯線３の周りを同心円状に取り囲む筒体１０、および芯線３と筒体１０の間を電気的に短絡させながら摺動する摺動子５は、いずれも金属で作られており、摺動子５が試料コイル１側に向けて摺動すると、芯線３に摺動子５の外径が足されて芯線３の太さが見かけ上太くなり、芯線３と外部導体４との間隔（空気層の厚さ）が狭くなる。これにより、ＨＦ用同軸共振器の静電容量が増え、ＨＦの共振周波数が下がる。

すなわち、摺動子５を筒体１０から芯線３に沿ってせり出させると、ＮＭＲ検出器のＨＦに対する共振周波数を下げることができ、摺動子５を芯線３に沿って筒体１０の内側に引き込ませると、ＮＭＲ検出器のＨＦに対する共振周波数を上げることができる。

この周波数可変方式は、
１．静電容量を変えるのに、誘電体を用いず、空気層の厚みの変化を用いていること。
２．同軸共振器の機械的寸法を変更しないこと。
３．摺動部分が試料コイル１側に近いため、ＨＦ電流が少ない領域に当たり、摺動に伴って電気的ノイズが出にくいこと。
という優れた特徴を持っている。これにより、ＨＦ同調時に摺動子を摺動させても、ＨＦ信号に電気ノイズが入りにくいＮＭＲ検出器を提供することができる。

実施例１の摺動子５は、図３（ａ）に示すような中心軸に沿って芯線３を貫通させる孔を有する円柱体であるが、変形例として、円柱体に代えて、図３（ｂ）に示すような中空の円筒体や、図３（ｃ）に示すような切り欠きを有する円柱体であっても良い。

実施例１は、非平衡共振回路に基づくＮＭＲ検出器の例であるが、本発明の周波数可変方式は、非平衡共振回路に限らず、特開２００４−４５３５１号公報や特開２００４−２８６６９５号公報にあるような、試料コイルの両端に終端されたＨＦの１／４波長同軸共振器を備える平衡共振回路に基づくＮＭＲ検出器にも適用することができる。

実施例１は同軸共振器が１／４波長共振器の場合であるが、１／２波長共振器やｎ／４波長共振器（ｎは正の奇数）の場合でも良い。

ＮＭＲ検出器に広く利用できる。

従来のＮＭＲ検出器の一例を示す図である。 本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例を示す図である。 本発明にかかるＮＭＲ検出器の変形例を示す図である。

符号の説明

１：試料コイル、２：引き出し線、３：内部導体（芯線）、４：外部導体、５：摺動子、６：穴、７：引き出し線、８：ＨＦ用同調整合回路、９：入出力端子、１０：筒体、１１：ＬＦ用同調整合回路、１２：アース線、１３：入出力端子

Claims (1)

1. 試料コイルを備え、¹Ｈ核の共鳴周波数を含む高い周波数帯域の高周波（ＨＦ）と、¹³Ｃ核、¹⁵Ｎ核、³¹Ｐ核の共鳴周波数を含む低い周波数帯域の高周波（ＬＦ）に二重同調可能に構成されたＮＭＲ検出器において、
   前記試料コイルの一端に接続され、該接続端とは反対側の端部を終端された内部導体と、該内部導体の終端部と同じ側の端部を終端された外部導体とから成る少なくとも１つのＨＦのｎ／４波長同軸共振器（ｎは正の奇数または２）を備えるとともに、
   該同軸共振器の内部導体は太い領域と細い領域を持ち、両者の比率を可変させることにより所望のＨＦ周波数に同調させるものであり、かつ、芯線、芯線よりも短くて芯線の周りを同心円状に取り囲む筒体、および芯線と筒体の間を電気的に短絡させながら摺動する摺動子の、いずれも導体で作られた３者から成り、摺動子を筒体から芯線に沿って前記試料コイル方向にせり出させる、または摺動子を芯線に沿って筒体の内側に引き込ませることにより、該内部導体の太さを可変させるものであることを特徴とするＮＭＲ検出器。

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