JP5024860B2 - Esr装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ESR装置における磁場制御方法と信号取得方法の改良に関する。
ESR装置は、静磁場中に置かれた被測定試料にマイクロ波を照射すると共に、照射したマイクロ波が被測定試料によって吸収される様子をスペクトルとして記録するようにした磁気共鳴装置の一種である。被測定試料中にフリーラジカルが存在すると、静磁場の掃引に伴ってマイクロ波の吸収が起こり、フリーラジカルの分子構造を反映した吸収スペクトルが記録計に記録される。この吸収スペクトルを解析することにより、フリーラジカルの分子構造に関する情報を得ることができる。
図1は、従来の反射型ESR装置のマイクロ波回路のブロック線図である。図中、実線で結ばれている部分は導波管による接続を表わしている。マイクロ波発振器1から発振されたマイクロ波は、可変減衰器2で適当な電力に減衰された後、サーキュレータ3を通って磁極4の間隙に設置された空胴共振器5に送られる。空胴共振器5とマイクロ波線路の間には、結合度調整機構6が設けられており、空胴共振器5とマイクロ波線路の間のマッチングを取ることによって、空胴共振器5からの反射波がないように調整される。
空胴共振器5の内部には測定試料7がセットされている。対向する磁極4によって静磁場を掃引し、ESR現象が起きれば、マイクロ波が吸収されて空胴共振器のQ値が変化し、マッチングのバランスが崩れて、空胴共振器5からの反射波を生じる。この反射波は、サーキュレータ3を介してマイクロ波検出器8によって位相検出され、試料7によるマイクロ波の吸収信号として記録計に記録される。
位相検波を行なうために、測定試料7には、図示しない磁場変調コイルから、例えば100kHz程度の磁場変調が与えられる。これにより、位相検波法を用いて、反射波の中から100kHzの成分のみを取り出してESRスペクトルとすることができる。
マイクロ波発振器1のマイクロ波電力の一部は、方向性結合器9によって分岐され、移相器10で位相を調整された後、方向性結合器11を介して、サーキュレータ3からマイクロ波検出器8へ送られるマイクロ波に加え合わされる。このバイパス線路は、空胴共振器5へ供給するマイクロ波電力の大小に関わらず、マイクロ波検出器8の動作レベルを一定に保つ目的で設けられており、マイクロ波検出器8における一種のバイアス電力に相当する。
ESR装置における静磁場の掃引は、クロック信号に基づいて行なわれる。図2は、その機構を模式的に表わしたものである。クロック信号は、D/A変換器12によりアナログ信号に変換されて、図示しない磁場掃引ユニットに送られる。1クロック当たりの磁場掃引量は可変であり、クロックの周波数も可変にすることで、磁場の掃引幅と掃引速度が決定される。
測定されたESR信号は、A/D変換器13によりデジタル信号に変換されて、コンピュータ上に描画されるが、その際、A/D変換器13のサンプリング速度もまた、先のクロック信号に基づいて決定されている。
特開昭57−175943号公報
ところで、ESR装置の検出感度を向上させる方法として、磁場掃引を繰り返して複数のESRスペクトルを積算処理したり、ESRスペクトル上の所望のデータ点の信号出力を積分器で積分処理したりすることで、高感度検出を行なうことが提唱されている。
ところが、スペクトルの積算には多大なる測定時間を要し、定点積分法ではスペクトルの全体像を把握することができないという問題点がある。
また、積算時間を短縮するために、無理に磁場掃引の高速化を行なうと、磁場を発生させるコイルのインダクタンス成分のため、実際の磁場強度はクロックに基づく制御信号に対して遅れを生じてしまうという問題がある。
本発明の目的は、上述した点に鑑み、ESR装置の検出感度の向上と測定時間の短縮とを同時に実現することにある。
この目的を達成するため、本発明にかかるESR装置は、
磁場掃引法によって取得されたESRデータをA/D変換器でデジタル信号に変換してデータ処理システムに取り込むように構成されたESR装置において、
前記A/D変換器を動作させるサンプリング・クロック信号を分周手段によって所定の比率で分周して磁場掃引用クロック信号を作り、それを磁場掃引手段のトリガークロック信号として用いて磁場をステップ掃引させることにより、
の磁場ステップ毎に分周比分に応じた数ESRデータを前記サンプリング・クロックで作動するA/D変換器で取得し、各磁場ステップ毎に得られた前記数のESRデータを積算したデータを取得するようにしたことを特徴としている。
また、磁場掃引法によって取得されたESRデータをA/D変換器でデジタル信号に変換してデータ処理システムに取り込むように構成されたESR装置において、
磁場掃引のためのトリガークロック信号を逓倍手段によって所定の比率で逓倍して新しいクロック信号を作り、それを前記A/D変換器を動作させるサンプリング・クロック信号として用いることにより、
の磁場ステップ毎に逓倍比分に応じた数ESRデータを前記サンプリング・クロックで作動するA/D変換器で取得し、各磁場ステップ毎に得られた前記数のESRデータを積算したデータを取得するようにしたことを特徴としている。
本発明のESR装置によれば、
磁場掃引法によって取得されたESRデータをA/D変換器でデジタル信号に変換してデータ処理システムに取り込むように構成されたESR装置において、
前記A/D変換器を動作させるサンプリング・クロック信号を分周手段によって所定の比率で分周して磁場掃引用クロック信号を作り、それを磁場掃引手段のトリガークロック信号として用いて磁場をステップ掃引させることにより、
の磁場ステップ毎に分周比分に応じた数ESRデータを前記サンプリング・クロックで作動するA/D変換器で取得し、各磁場ステップ毎に得られた前記数のESRデータを積算したデータを取得するようにしたので、
ESR装置の検出感度の向上と測定時間の短縮とを同時に実現することが可能になった。
本発明の別のESR装置によれば、
磁場掃引法によって取得されたESRデータをA/D変換器でデジタル信号に変換してデータ処理システムに取り込むように構成されたESR装置において、
磁場掃引のためのトリガークロック信号を逓倍手段によって所定の比率で逓倍して新しいクロック信号を作り、それを前記A/D変換器を動作させるサンプリング・クロック信号として用いることにより、
の磁場ステップ毎に逓倍比分に応じた数ESRデータを前記サンプリング・クロックで作動するA/D変換器で取得し、各磁場ステップ毎に得られた前記数のESRデータを積算したデータを取得するようにしたので、
ESR装置の検出感度の向上と測定時間の短縮とを同時に実現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3は、本発明にかかるESR装置の一実施例である。従来技術である図2と対比しながら本実施例を説明する。本実施例では、クロックの後段にクロック信号を分周してD/A変換器12に入力し、D/A変換器12の出力信号に基づいて磁場掃引ユニットを制御する工程を設ける。また、A/D変換器13によって取得されたESR信号を積算処理する積算処理工程を設ける。
例えば100kHzの基本クロック信号が送られてきたとすると、分周器14により周波数を1/50に分周して、2kHzのクロック信号をD/A変換器12に送る。これにより磁場掃引時間は、1ステップ当たり0.5msとなり、取得されるESRデータも1点当たり0.5msとなる。一方、ESR信号をA/D変換するA/D変換器13の動作速度は、分周前のクロック信号である100kHzで与えられるようにする。これによりESRデータのA/D変換速度は、1データ当たり0.01msとなる。
すなわち、磁場掃引の制御に分周されたクロック信号を用い、ESR信号のA/D変換器の制御に分周前のクロック信号を用いることにより、磁場を1ステップ掃引する間に、分周比分(上記の例では1ステップ当たり50回分)のESRデータを取得することが可能になる。これをA/D変換器13の後段に設けた積算手段15で積算させる。
積算手段15のトリガー信号には、分周後の2kHzのクロック信号が用いられる。その結果、0.5ms毎に積算手段が稼動し、0.01msのタイミングでA/D変換されたESRデータが50回積算される工程が0.5ms毎に繰り返され、1掃引を行なう間に50回積算したのと同等の高品質ESRスペクトルを取得することが可能になる。
このように分周器を用いれば、磁場掃引クロックとサンプリング・クロックの分周比を変えることにより、1つの磁場掃引クロックに対して分周比分のESR信号を取得して、ESR信号を積算することができる。
図4は、本発明にかかるESR装置の別の実施例である。従来技術である図2と対比しながら本実施例を説明する。本実施例では、クロックの後段にクロック信号を逓倍してA/D変換器13に入力するとともに、A/D変換器13から出力されるESR信号を積算処理する積算処理工程を設ける。
例えば2kHzの基本クロック信号が送られてきたとすると、逓倍器16により周波数を50倍に逓倍して、100kHzのクロック信号をA/D変換器13に送る。これによりESR信号をA/D変換するA/D変換器13の動作速度は、1データ当たり0.01msとなる。一方、磁場掃引時間は、逓倍前のクロック信号である2kHzで与えられるようにする。これにより磁場掃引時間は、1ステップ当たり0.5msとなり、取得されるESRデータも1点当たり0.5msとなる。
すなわち、磁場掃引の制御に逓倍前のクロック信号を用い、ESR信号のA/D変換器の制御に逓倍されたクロック信号を用いることにより、磁場を1ステップ掃引する間に、逓倍比分(上記の例では1ステップ当たり50回分)のESRデータを取得することが可能になる。これをA/D変換器13の後段に設けた積算手段15で積算させる。
積算手段15のトリガー信号には、逓倍前の2kHzのクロック信号が用いられる。その結果、0.5ms毎に積算手段が稼動し、0.01msのタイミングでA/D変換されたESRデータが50回積算される工程が0.5ms毎に繰り返され、1掃引を行なう間に50回積算したのと同等の高品質ESRスペクトルを取得することが可能になる。
このように逓倍器を用いれば、磁場掃引クロックとサンプリング・クロックの逓倍比を変えることにより、1つの磁場掃引クロックに対して逓倍比分のESR信号を取得して、ESR信号を積算することができる。
ESR装置に広く利用できる。
従来のESR装置の一例を示す図である。 従来のESR装置の一例を示す図である。 本発明にかかるESR装置の一実施例を示す図である。 本発明にかかるESR装置の別の実施例を示す図である。
符号の説明
1:マイクロ波発振器、2:可変減衰器、3:サーキュレータ、4:磁極、5:反射型空胴共振器、6:結合度調整機構、7:測定試料、8:マイクロ波検出器、9:方向性結合器、10:移相器、11:方向性結合器、12:D/A変換器、13:A/D変換器、14:分周器、15:積算手段、16:逓倍器

Claims (2)

  1. 磁場掃引法によって取得されたESRデータをA/D変換器でデジタル信号に変換してデータ処理システムに取り込むように構成されたESR装置において、
    前記A/D変換器を動作させるサンプリング・クロック信号を分周手段によって所定の比率で分周して磁場掃引用クロック信号を作り、それを磁場掃引手段のトリガークロック信号として用いて磁場をステップ掃引させることにより、
    の磁場ステップ毎に分周比分に応じた数ESRデータを前記サンプリング・クロックで作動するA/D変換器で取得し、各磁場ステップ毎に得られた前記数のESRデータを積算したデータを取得するようにしたことを特徴とするESR装置。
  2. 磁場掃引法によって取得されたESRデータをA/D変換器でデジタル信号に変換してデータ処理システムに取り込むように構成されたESR装置において、
    磁場掃引のためのトリガークロック信号を逓倍手段によって所定の比率で逓倍して新しいクロック信号を作り、それを前記A/D変換器を動作させるサンプリング・クロック信号として用いることにより、
    の磁場ステップ毎に逓倍比分に応じた数ESRデータを前記サンプリング・クロックで作動するA/D変換器で取得し、各磁場ステップ毎に得られた前記数のESRデータを積算したデータを取得するようにしたことを特徴とするESR装置。
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