JP5166711B2 - High resolution NMR probe - Google Patents

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Description

本発明は、高分解能NMRプローブに関し、特に、試料管中の溶媒による磁場歪みを補償できる高分解能NMRプローブに関する。   The present invention relates to a high-resolution NMR probe, and more particularly to a high-resolution NMR probe that can compensate for magnetic field distortion caused by a solvent in a sample tube.

図1は、従来のNMR装置の主要部分を示したものである。多重共鳴用NMR装置200の測定においては、磁場補正装置6で制御された室温シム3で磁場ひずみを補正したマグネット2の静磁場内に、試料30を収容した試料管1をセットし、この試料30に静磁場強度に応じた周波数のRFパルスを照射してNMR現象を起こさせる。   FIG. 1 shows a main part of a conventional NMR apparatus. In the measurement by the multiple resonance NMR apparatus 200, the sample tube 1 containing the sample 30 is set in the static magnetic field of the magnet 2 whose magnetic field distortion is corrected by the room temperature shim 3 controlled by the magnetic field correction apparatus 6. 30 is irradiated with an RF pulse having a frequency corresponding to the strength of the static magnetic field to cause an NMR phenomenon.

その場合、RFパルスは、その試料30中の観測したい核種に応じて、発振器14からのパルス信号を複数の周波数バンド(図示例では3バンド;以下、3バンドで説明する)の中から選択し、それぞれ周波数f1に対応する電力増幅器13、周波数f2に対応する電力増幅器15、周波数f3に対応する電力増幅器16で増幅し、入出力を切り替えるデュプレクサ9を介して多重共鳴用NMRプローブ4に入力することにより、多重共鳴用NMRプローブ4からそれぞれ試料管1中の試料30に照射する。 In that case, as the RF pulse, a pulse signal from the oscillator 14 is selected from a plurality of frequency bands (in the illustrated example, 3 bands; hereinafter, described as 3 bands) according to the nuclide to be observed in the sample 30. The multiple resonance NMR probe 4 is amplified by a power amplifier 13 corresponding to the frequency f 1 , a power amplifier 15 corresponding to the frequency f 2 , and a power amplifier 16 corresponding to the frequency f 3 , and the duplexer 9 for switching input / output. , The sample 30 in the sample tube 1 is irradiated from the multiple resonance NMR probe 4.

すると、試料30は、NMR現象により、その核種に固有の共鳴周波数のNMR信号を出力するので、そのNMR信号を多重共鳴用NMRプローブ4で捉える。   Then, because the sample 30 outputs an NMR signal having a resonance frequency specific to the nuclide due to the NMR phenomenon, the NMR signal is captured by the multiple resonance NMR probe 4.

そのとき、試料30をある所定の温度で測定する必要がある場合は、多重共鳴用NMRプローブ4内の試料管1周辺の温度を、コンピュータ7で制御される温度可変装置5で可変制御するようになっている。   At that time, when it is necessary to measure the sample 30 at a predetermined temperature, the temperature around the sample tube 1 in the NMR probe 4 for multiple resonance is variably controlled by the temperature variable device 5 controlled by the computer 7. It has become.

そして、多重共鳴用NMRプローブ4で捉えられたNMR信号をデュプレクサ9を介して増幅器10に送って増幅した後、復調検波器11でオーディオ周波数に変換し、更に、A/D変換器(ADC)12でデジタル信号に変換する。   Then, the NMR signal captured by the multiple resonance NMR probe 4 is sent to the amplifier 10 via the duplexer 9 and amplified, and then converted to an audio frequency by the demodulation detector 11, and further, an A / D converter (ADC). 12 to convert to a digital signal.

こうして、このデジタル信号をコンピュータ7に取り込み、コンピュータ7が信号を分析することにより、試料30が分析され、その分析結果が表示器8に表示されて、多重共鳴用NMR装置により物質の構造が調べられる。   In this way, the digital signal is taken into the computer 7 and the computer 7 analyzes the signal, whereby the sample 30 is analyzed, the analysis result is displayed on the display 8, and the structure of the substance is examined by the multiple resonance NMR apparatus. It is done.

図2(A)は、高分解能NMRプローブと併用される従来の高分解能用NMR試料管を示したものである。図中20が試料管である。試料管20上端の開口部には、試料が外部に洩れないようにするために、キャップ21で蓋がなされている。また、NMRを測定中、試料管20を回転させるために、試料管20の上部には、ロータ22が取り付けられている。ロータ22は、NMRプローブに設けられたステータ23から吹き出すエアの力を受けて、数〜十数Hzの速さで試料管20を回転させる。測定試料24は静磁場方向と直交する方向に高周波磁界を発生するサンプルコイル25の中心軸上に配置されている。   FIG. 2 (A) shows a conventional high-resolution NMR sample tube used in combination with a high-resolution NMR probe. In the figure, 20 is a sample tube. The opening at the upper end of the sample tube 20 is covered with a cap 21 so that the sample does not leak outside. In addition, a rotor 22 is attached to the upper portion of the sample tube 20 in order to rotate the sample tube 20 during measurement of NMR. The rotor 22 receives the force of air blown from the stator 23 provided in the NMR probe, and rotates the sample tube 20 at a speed of several to several tens of Hz. The measurement sample 24 is disposed on the central axis of the sample coil 25 that generates a high-frequency magnetic field in a direction orthogonal to the static magnetic field direction.

高分解能NMR試料管の特徴は、図2(B)に示すように、試料充填部の上下に試料24の磁化率とほぼ同じ磁化率を持つ物質、例えば砒素、ビスマス、鉛などを含有するガラス26を設置し、これにより、試料24自身の磁化率が周囲の磁化率と異なることによって引き起こされる磁化率由来の静磁場歪みを補償させていることである。このような方法により、試料24の磁化率に由来する静磁場歪みを緩和し、静磁場が不均一になることに由来する測定分解能の低下を回避させ、測定時の高分解能状態を維持させている(特許文献3)。   As shown in FIG. 2 (B), the high-resolution NMR sample tube is characterized by a glass containing a substance having substantially the same magnetic susceptibility as that of the sample 24 above and below the sample filling portion, for example, arsenic, bismuth, lead and the like. 26, thereby compensating for the static magnetic field distortion caused by the magnetic susceptibility caused by the magnetic susceptibility of the sample 24 being different from the surrounding magnetic susceptibility. By such a method, the static magnetic field distortion derived from the magnetic susceptibility of the sample 24 is relaxed, the decrease in measurement resolution caused by the non-uniform static magnetic field is avoided, and the high resolution state at the time of measurement is maintained. (Patent Document 3).

静磁場歪みを補償するガラスをどのように試料近傍に設置するかについては、さまざまな方法があるが、通常は、図2(C)に示すように、試料管20を外管27と内管28に分け、外管27の底部に磁化率補償ガラス26、内管28の先端に磁化率補償ガラス26を設け、試料の入った外管27に内管28を挿入し、図2(B)のように試料24をガラス26、26で挟むようにしている。 There are various methods for setting the glass that compensates for the static magnetic field distortion in the vicinity of the sample. Usually, as shown in FIG. 2C, the sample tube 20 is composed of the outer tube 27 and the inner tube. 2, a susceptibility compensation glass 26 is provided at the bottom of the outer tube 27, a susceptibility compensation glass 26 is provided at the tip of the inner tube 28, and the inner tube 28 is inserted into the outer tube 27 containing the sample. The sample 24 is sandwiched between the glasses 26 and 26 ' as shown in FIG.

特開昭63−128244号公報JP-A 63-128244 特開昭63−228051号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-228051 特開平1−227051号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-227051 特開平1−227052号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-227052 特開平7−84023号公報JP-A-7-84023

このような高分解能NMR試料管の問題点は、良質の磁化率補償ガラスを調製することが困難なことである。通常、熔けたガラスに砒素、ビスマス、鉛などの重金属を混入し、良く攪拌しながら目指す磁化率の塊を作る。そして、できた塊の一部を取って磁化率を検査し、目的の磁化率に近い部分の小片から磁化率補償ガラス管を作っている。   The problem with such a high resolution NMR sample tube is that it is difficult to prepare a good quality susceptibility compensation glass. Normally, heavy metals such as arsenic, bismuth, and lead are mixed in molten glass, and a mass with the desired magnetic susceptibility is made while stirring well. Then, a part of the formed mass is taken to inspect the magnetic susceptibility, and a magnetic susceptibility compensation glass tube is made from a small piece near the target magnetic susceptibility.

このような方法によって非晶質中に金属粒子を分散させているため、均一に混ざりにくく、仮に混ざっていても、経年変化で金属粒子が局在化しやすい。このため、基本的な磁化率制御も、バルクで測定しても、銅の磁化率の数十%から十数%程度までしか追い込むことができない。近年のNMR検出器が実現しているサンプルコイルおよびその周辺の磁化率制御のレベルが、銅の磁化率の数%からほぼゼロ磁化率に到達している現実からすると、磁化率補償ガラスのレベルは劣悪なレベルにあると言える。したがって、このような磁化率補償ガラスは、もともと線幅の広い試料系の測定にしか使えない。   Since the metal particles are dispersed in the amorphous material by such a method, the metal particles are hardly mixed uniformly, and even if they are mixed, the metal particles are likely to be localized due to aging. For this reason, even if the basic magnetic susceptibility control is performed in bulk, the magnetic susceptibility of copper can only be driven to several tens to several tens of percent. From the reality that the level of susceptibility control around the sample coil and its surroundings realized by recent NMR detectors has reached almost zero susceptibility from several percent of the susceptibility of copper, the level of susceptibility compensation glass Is at an inferior level. Therefore, such a magnetic susceptibility compensation glass can only be used for measurement of a sample system having a wide line width.

また、ガラス内での金属粒子の分布が疎と密の偏在状態を示しやすく、その結果、局在磁化率異常が生じ、シムによる磁場補正が通用しない事態を招くことがある。   In addition, the distribution of metal particles in the glass tends to show a sparse and dense uneven distribution state. As a result, a local magnetic susceptibility abnormality occurs, and a magnetic field correction by shims may not be effective.

また、製品として検査する際にも、NMR装置を用いて検査するしか方法がない。そのため、手間がかかり、コスト高になってしまう。   Moreover, when inspecting as a product, there is only a method of inspecting using an NMR apparatus. For this reason, it takes time and cost.

また、このような高分解能用NMR試料管は、試料中に気泡が生じやすく、生じた気泡が新たな磁化率歪みの原因となることもある。   Further, in such a high-resolution NMR sample tube, bubbles are likely to be generated in the sample, and the generated bubbles may cause new susceptibility distortion.

さらに、砒素、ビスマス、鉛など毒性を有する重金属を用いることは、昨今推奨される地球環境にやさしい技術であるとは言えない。   Furthermore, it cannot be said that the use of toxic heavy metals such as arsenic, bismuth, and lead is a globally friendly technology recommended recently.

本発明の目的は、上述した点に鑑み、従来の高分解能NMR試料管に頼ることなく高分解能測定を行なうことのできる高分解能NMRプローブを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a high-resolution NMR probe capable of performing high-resolution measurement without relying on a conventional high-resolution NMR sample tube in view of the above points.

この目的を達成するため、本発明にかかる高分解能NMRプローブは、
静磁場中に配置して用いられ、上方向から試料管が挿入されると共に内部に静磁場方向と直交する方向に高周波磁界を発生するサンプルコイルを備えた高分解能NMRプローブにおいて、
試料とほぼ同じ磁化率を有する物質でできた補償部材を先端部に保持した磁化率補償スティックと、先端の該補償部材が前記サンプルコイル内に挿入された試料管の底部に近接して配置されるよう該磁化率補償スティックを前記サンプルコイルの下方向から前記高分解能NMRプローブ内に交換可能に導入する導入機構とを設け、該導入機構により前記磁化率補償スティックが前記高分解能NMRプローブ内に導入された時、前記補償部材が前記試料管の軸の延長線上に配置されるように構成したことを特徴としている。
In order to achieve this object, a high-resolution NMR probe according to the present invention comprises:
In a high-resolution NMR probe that is arranged and used in a static magnetic field and has a sample coil in which a sample tube is inserted from above and generates a high-frequency magnetic field in a direction orthogonal to the static magnetic field direction,
A susceptibility compensation stick having a compensation member made of a substance having substantially the same magnetic susceptibility as the sample is held at the tip, and the compensation member at the tip is disposed close to the bottom of the sample tube inserted into the sample coil. An introduction mechanism that replaceably introduces the magnetic susceptibility compensation stick into the high resolution NMR probe from below the sample coil. The introduction mechanism causes the magnetic susceptibility compensation stick to enter the high resolution NMR probe. When introduced, the compensation member is arranged on an extension line of the axis of the sample tube .

また、前記補償部材は、試料管内に配置された同等の磁化率を有するもう1つの補償部材とペアで用いられることを特徴としている。   The compensation member is used in a pair with another compensation member having the same magnetic susceptibility arranged in the sample tube.

また、前記補償部材は、試料溶媒とほぼ同じ磁化率を有する樹脂成形体、または、試料溶媒とほぼ同じ磁化率を有する溶媒を封入した容器であることを特徴としている。   Further, the compensation member is a resin molded body having substantially the same magnetic susceptibility as the sample solvent or a container in which a solvent having substantially the same magnetic susceptibility as the sample solvent is enclosed.

また、前記補償部材は、試料管中の試料溶媒の種類に合わせて前記磁化率補償スティックから取り外し交換できるように構成されていることを特徴としている。 Further, the compensation member is configured to be removable from the magnetic susceptibility compensation stick and exchanged in accordance with the type of the sample solvent in the sample tube.

また、前記補償部材は、電磁界シールドによりNMR測定で使用される高周波から遮蔽されていることを特徴としている。   Further, the compensation member is shielded from a high frequency used in NMR measurement by an electromagnetic field shield.

また、前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料の上下に置かれた2つの補償部材を併せて少なくともその倍以上の長さであることを特徴としている。 Further, the length of the compensation member in the sample tube axial direction is at least one time longer than the effective measurement length of the sample coil, including the two compensation members placed above and below the sample. It is a feature.

また、前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料の上下に置かれた2つの補償部材を併せてその.6倍以上の長さであることを特徴としている。
Also, sample tube axial length of the compensation member, the effective measuring length of the sample coil relative to its 1 together two compensating member placed above and below the sample. It is characterized by a length of 6 times or more.

また、前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料管の下方に置かれた補償部材のみで少なくともその0.5倍以上の長さであることを特徴としている。   In addition, the length of the compensation member in the sample tube axial direction is at least 0.5 times the length of the compensation member placed below the sample tube with respect to the effective measurement length of the sample coil. It is a feature.

また、前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料管の下方に置かれた補償部材のみでその0.8倍以上の長さであることを特徴としている。   Further, the length of the compensation member in the sample tube axial direction is 0.8 times or more of the compensation member placed below the sample tube with respect to the effective measurement length of the sample coil. It is said.

本発明の高分解能NMRプローブによれば、
静磁場中に配置して用いられ、上方向から試料管が挿入されると共に内部に静磁場方向と直交する方向に高周波磁界を発生するサンプルコイルを備えた高分解能NMRプローブにおいて、
試料とほぼ同じ磁化率を有する物質でできた補償部材を先端部に保持した磁化率補償スティックと、先端の該補償部材が前記サンプルコイル内に挿入された試料管の底部に近接して配置されるよう該磁化率補償スティックを前記サンプルコイルの下方向から前記高分解能NMRプローブ内に交換可能に導入する導入機構とを設け、該導入機構により前記磁化率補償スティックが前記高分解能NMRプローブ内に導入された時、前記補償部材が前記試料管の軸の延長線上に配置されるように構成したので、
従来の高分解能NMR試料管に頼ることなく高分解能測定を行なうことのできる高分解能NMRプローブを提供することが可能になった。
According to the high resolution NMR probe of the present invention,
In a high-resolution NMR probe that is arranged and used in a static magnetic field and has a sample coil in which a sample tube is inserted from above and generates a high-frequency magnetic field in a direction orthogonal to the static magnetic field direction,
A susceptibility compensation stick having a compensation member made of a substance having substantially the same magnetic susceptibility as the sample is held at the tip, and the compensation member at the tip is disposed close to the bottom of the sample tube inserted into the sample coil. An introduction mechanism that replaceably introduces the magnetic susceptibility compensation stick into the high resolution NMR probe from below the sample coil. The introduction mechanism causes the magnetic susceptibility compensation stick to enter the high resolution NMR probe. When introduced, because the compensation member is arranged on the extension line of the axis of the sample tube ,
It has become possible to provide a high-resolution NMR probe that can perform high-resolution measurements without relying on conventional high-resolution NMR sample tubes.

以下、図面に基づいて、本発明の実施例について説明する。図3は、本発明にかかる高分解能NMRプローブの概念図である。本発明では、NMR試料管中の試料を溶解させている溶媒と同じ溶媒を入れた円筒状容器で、NMR試料管とほぼ同じ太さのものを、NMR試料管の下方直近のNMRプローブ側底部に取り付ける。その際、NMR試料管側は、図4に示すように、底が平らなものであっても、丸いものであっても良い。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a conceptual diagram of a high resolution NMR probe according to the present invention. In the present invention, a cylindrical container filled with the same solvent as the solvent in which the sample in the NMR sample tube is dissolved, and having the same thickness as the NMR sample tube, Attach to. At that time, the NMR sample tube side may have a flat bottom or a round one as shown in FIG.

図5は、NMRプローブ側の最も簡単なチューニング回路の模式図である。NMRプローブのチューニング回路は、RF端子から入力された高周波パルスが整合コンデンサC1と同調コンデンサC2によって同調整合されてサンプルコイルに印加される。サンプルコイル内に発生する高周波磁場が試料にNMR現象を誘起する。試料から発生するNMR信号をサンプルコイルで検出して、RF端子から取り出している。   FIG. 5 is a schematic diagram of the simplest tuning circuit on the NMR probe side. In the tuning circuit of the NMR probe, a high frequency pulse input from an RF terminal is tuned and matched by a matching capacitor C1 and a tuning capacitor C2 and applied to a sample coil. A high frequency magnetic field generated in the sample coil induces an NMR phenomenon in the sample. An NMR signal generated from the sample is detected by a sample coil and taken out from the RF terminal.

図6は、本発明を動作させる際のNMRプローブ側の構造を示す。本発明では、サンプルコイルは所定のノードに相当する箇所でリード線(接地電位側がコールドリード、非接地側がホットリードと呼ばれる)に接続され、チューニング回路につながっている。   FIG. 6 shows the structure on the NMR probe side when operating the present invention. In the present invention, the sample coil is connected to a lead wire (the ground potential side is called a cold lead and the non-ground side is called a hot lead) at a position corresponding to a predetermined node, and is connected to a tuning circuit.

この部分を拡大し、動作原理を説明しているのが図7〜図10である。本発明では、NMR試料管中の試料を溶解させている溶媒と同じ溶媒を入れた円筒状容器で、NMR試料管とほぼ同じ太さのものを、NMR試料管の下方直近のNMRプローブ側底部に取り付けていることは、すでに述べたが、これを以下、分解能補償用スティックと呼ぶことにする。尚、NMR試料管中の試料を溶解させている溶媒と同じ溶媒を入れた円筒状容器の代わりに、試料溶媒とほぼ同じ磁化率を有する樹脂で作った円筒状の樹脂成形体を代用しても良い。   FIG. 7 to FIG. 10 explain this principle by enlarging this part. In the present invention, a cylindrical container filled with the same solvent as the solvent in which the sample in the NMR sample tube is dissolved, and having the same thickness as the NMR sample tube, As already described above, this will be referred to as a resolution compensation stick. In place of a cylindrical container containing the same solvent as the solvent in which the sample in the NMR sample tube is dissolved, a cylindrical resin molded body made of a resin having substantially the same magnetic susceptibility as the sample solvent can be substituted. Also good.

分解能補償用スティックは、図7に示すように、NMRプローブのボディ側ベースフランジの底部に開けられた穴に挿入する形で固定される。分解能補償用スティックの固定を容易にするために、図8に示すように、溶媒を充填したセルユニットはセル固定ピン(ビス)による締結や圧接やラチェット機構などの方法により、周部に雄ねじを切ったホルダの上端部に取り付けられる。そして、ホルダ側の雄ねじをNMRプローブのボディ側ベースフランジの底部に開けられた穴に刻まれた雌ねじに螺合させることにより、分解能補償用スティックをNMR試料管の下方直近に配置固着させる。分解能補償用スティックの位置決めには、ねじ部に設けたストッパが用いられる。   As shown in FIG. 7, the resolution compensation stick is fixed in such a manner that it is inserted into a hole formed in the bottom of the body side base flange of the NMR probe. In order to facilitate the fixation of the resolution compensation stick, as shown in FIG. 8, the cell unit filled with the solvent is fixed with a male screw around the periphery by fastening with a cell fixing pin (screw), pressure contact, ratchet mechanism, or the like. It is attached to the upper end of the cut holder. The male screw on the holder side is screwed into the female screw carved in the hole formed in the bottom of the body side base flange of the NMR probe, so that the resolution compensation stick is arranged and fixed in the immediate vicinity of the NMR sample tube. A stopper provided on the screw portion is used for positioning the resolution compensation stick.

セルユニットを案内するガイド管は、図9に示すように、反磁性材料(銅、真鍮、ガラス、樹脂、セラミック)、常磁性材料(アルミ、セラミック、樹脂)、またはそれらの組み合わせで作られている。金属以外の材質で作られている場合、ガイド管は周囲を電磁界シールドで囲繞される。電磁界シールドには、NMRの測定で使用するRF周波数におけるスキンデプスの23倍程度の厚みを持った金属膜を採用する。これにより、セルユニットに入射しようとする高周波に対して、100dB以上の減衰効果を得ることができる。例えば、1H-NMR測定で使用される400MHzの高周波であれば、アルミを電磁界シールドの素材に使用する場合、図10に示すようにスキンデプスは4μmなので、電磁界シールドの厚みは92μm程度に設定するのが良い。高周波が遮蔽されることにより、セルユニット由来のNMRのバックグラウンド信号を防止することができる。 The guide tube for guiding the cell unit is made of a diamagnetic material (copper, brass, glass, resin, ceramic), a paramagnetic material (aluminum, ceramic, resin), or a combination thereof, as shown in FIG. Yes. When made of a material other than metal, the guide tube is surrounded by an electromagnetic field shield. For the electromagnetic field shield, a metal film having a thickness of about 23 times the skin depth at the RF frequency used in NMR measurement is employed. As a result, an attenuation effect of 100 dB or more can be obtained with respect to the high frequency that is about to enter the cell unit. For example, if the high frequency of 400 MHz used in 1 H-NMR measurement is used, the skin depth is 4 μm as shown in FIG. 10 when aluminum is used as the material for the electromagnetic field shield, so the thickness of the electromagnetic field shield is about 92 μm. It is good to set to. By shielding the high frequency, the background signal of NMR derived from the cell unit can be prevented.

尚、電磁界シールドは、図9に示すように、ガイド管の外面のみを覆っても良いが、ガイド管の外面と内面の両面を覆っても良い。電磁界シールドは、静磁場歪みを生じさせないことが望ましいので、アルミ以外に、銅、金、白金、パラジウムなど、常磁性や反磁性の金属を何層も重ねた磁化率ゼロの非磁性金属膜なども使用可能である。表皮効果により金属膜の表面を流れる高周波電流は、電気抵抗によって熱エネルギーとして内部消費させるか、あるいはNMRプローブ本体のグラウンドに接地して、グラウンドに逃がすように構成しても良い。   As shown in FIG. 9, the electromagnetic field shield may cover only the outer surface of the guide tube, or may cover both the outer surface and the inner surface of the guide tube. Since it is desirable that the electromagnetic field shield does not cause static magnetic field distortion, a non-magnetic metal film with zero magnetic susceptibility, in which multiple layers of paramagnetic or diamagnetic metals such as copper, gold, platinum, palladium, etc. are stacked in addition to aluminum. Etc. can also be used. The high-frequency current flowing on the surface of the metal film due to the skin effect may be consumed internally as thermal energy by electrical resistance, or may be grounded to the ground of the NMR probe body and released to the ground.

図11は、セルユニットのラインナップを示したものである。セルユニットの役割は、NMR試料の磁化率に由来する静磁場歪みを補償することであるから、NMR試料を溶解している溶媒とほぼ同じ磁化率を有する溶媒、できればNMR試料を溶解している溶媒と同じ溶媒を封入したものであることが望ましい。NMR試料を溶解させる溶媒としては、重クロロホルム、重アセトン、重ベンゼン、重水など、重水素置換溶媒が用いられるが、磁化率補償用には、必ずしも重水素置換されている必要はない。そこで、重クロロホルム溶液試料用セルユニットには普通のクロロホルムを充填し、重アセトン溶液試料用セルユニットには普通のアセトンを充填し、重ベンゼン溶液試料用セルユニットには普通のベンゼンを充填し、重水溶液試料用セルユニットには普通の蒸留水を充填し、コストを低減させる。もちろんコストを考慮しなくて良ければ、重溶媒そのものを用いても良い。セルユニットは、ガイド管に張られた電磁界シールドによって高周波から遮蔽されているので、NMRのバックグラウンド信号を発生する心配はない。これらのセルユニットをNMR試料を溶解している重溶媒に合わせて交換し、使い分けるようにすれば良い。   FIG. 11 shows a cell unit lineup. Since the role of the cell unit is to compensate for the static magnetic field distortion derived from the magnetic susceptibility of the NMR sample, the solvent has almost the same magnetic susceptibility as the solvent dissolving the NMR sample, preferably dissolving the NMR sample. It is desirable to enclose the same solvent as the solvent. As a solvent for dissolving the NMR sample, a deuterium substituted solvent such as deuterated chloroform, deuterated acetone, deuterated benzene and deuterated water is used. However, deuterium substitution is not necessarily required for susceptibility compensation. Therefore, the cell unit for heavy chloroform solution sample is filled with ordinary chloroform, the cell unit for heavy acetone solution sample is filled with ordinary acetone, the cell unit for heavy benzene solution sample is filled with ordinary benzene, The cell unit for the heavy aqueous solution sample is filled with ordinary distilled water to reduce the cost. Of course, if it is not necessary to consider the cost, the heavy solvent itself may be used. Since the cell unit is shielded from the high frequency by the electromagnetic field shield stretched on the guide tube, there is no fear of generating an NMR background signal. These cell units may be exchanged according to the heavy solvent in which the NMR sample is dissolved and used properly.

尚、セルユニット群は、プローブ本体、ないしはプローブ外部にディスクユニットとして用意され、セル選択機構により、自動的、ないしはリモコン操作により交換できるように構成しても良い。   The cell unit group may be prepared as a disk unit outside the probe main body or the probe, and may be configured to be exchanged automatically or by remote control operation by a cell selection mechanism.

また、セルユニットは、溶媒を封入した容器の代わりに、溶媒とほぼ同じ磁化率を有する樹脂で作られた樹脂成形体で代用することもできることは既に述べた。コスト的には、樹脂成形体の方が低コストであり、機械的強度も強い。   It has already been described that the cell unit can be replaced with a resin molded body made of a resin having substantially the same magnetic susceptibility as the solvent, instead of the container in which the solvent is sealed. In terms of cost, the resin molded body is lower in cost and has higher mechanical strength.

尚、本発明には変形が可能である。図12はセルユニットをNMR観測領域の下方のみでなく、NMR観測領域の上方にも設けた例である。NMR観測領域の上下にセルユニットを置く場合、その形状は上下対称であることが望ましい。NMR試料管内にセルユニットを設ける場合は、図13に示すように、NMR試料管を二重構造にし、内管の開口から分解能補償用溶媒を入れ、内管と外管の隙間に測定試料を入れる。そして、測定試料の液面に接するように、内管のセルユニットを配置する。   The present invention can be modified. FIG. 12 shows an example in which the cell unit is provided not only below the NMR observation region but also above the NMR observation region. When cell units are placed above and below the NMR observation region, it is desirable that their shapes be vertically symmetric. When the cell unit is provided in the NMR sample tube, as shown in FIG. 13, the NMR sample tube has a double structure, a resolution compensation solvent is introduced from the opening of the inner tube, and the measurement sample is placed in the gap between the inner tube and the outer tube. Put in. And the cell unit of an inner tube is arrange | positioned so that the liquid level of a measurement sample may be contact | connected.

また、NMR試料管の底部の形状は、平底のもの以外に丸底のものもある。丸底の場合は、図14に示すように、分解能補償用スティックを構成するガイド管とセルユニットのNMR試料管に対向する面を球面状の窪みに構成することが望ましい。   In addition to the flat bottom shape, the bottom shape of the NMR sample tube may be round bottom. In the case of a round bottom, as shown in FIG. 14, it is desirable that the guide tube constituting the resolution compensation stick and the surface of the cell unit facing the NMR sample tube be formed into a spherical recess.

NMR有効試料長b(≒サンプルコイル長a)、下方セルユニットの試料管軸方向の長さc、上方セルユニットの試料管軸方向の長さdの関係は次の通りである。   The relationship between the NMR effective sample length b (≈sample coil length a), the length c of the lower cell unit in the sample tube axis direction, and the length d of the upper cell unit in the sample tube axis direction is as follows.

c+b+d≧2.6×b または c+a+d≧2.6×a
例えば、5mmφのNMR試料管を用いた実験で、コイル長a=15mmであれば、概ね39〜40mm以上の軸方向の同質試料充填があれば、ほぼ理論通りの均一近接磁場空間が得られることが分かっている。つまり、試料で満たされた軸方向の長さが有限値である場合、試料自身により磁場歪みを生じるので、最も磁場均一度が高い領域(=最も分解能が良い領域)で測定を行なうには、検出領域(=コイル長)の2.6倍以上の試料の液量が必須であると言える。ただし、若干の分解能を犠牲にすれば、検出領域(=コイル長)の2倍程度であっても、実用上差し支えない範囲ではある。その場合は、
c+b+d≧2×b または c+a+d≧2×a
という関係式を満たせば良いということになる。cとdの長さは、概ね同じ長さであることが望ましいから、
c≒d≧0.5b〜0.8b または c≒d≧0.5a〜0.8a
ということになる。具体的な数値モデルでは、a=15mm、b=15mmのとき、c=7.5〜12mm、d=7.5〜12mmとなる。
c + b + d ≧ 2.6 × b or c + a + d ≧ 2.6 × a
For example, in an experiment using a 5 mmφ NMR sample tube, if the coil length a = 15 mm, a homogeneous near magnetic field space that is almost theoretically obtained can be obtained if there is approximately 39 to 40 mm or more of homogeneous sample filling in the axial direction. I know. In other words, when the axial length filled with the sample is a finite value, magnetic field distortion is caused by the sample itself, so in order to perform measurement in the region with the highest magnetic field uniformity (= the region with the best resolution) It can be said that the amount of the sample liquid is 2.6 times or more the detection area (= coil length). However, at the expense of some resolution, even if it is about twice the detection area (= coil length), it is within a practical range. In that case,
c + b + d ≧ 2 × b or c + a + d ≧ 2 × a
It is sufficient to satisfy the relational expression. Since it is desirable that the lengths of c and d are substantially the same length,
c≈d ≧ 0.5b to 0.8b or c≈d ≧ 0.5a to 0.8a
It turns out that. In a specific numerical model, when a = 15 mm and b = 15 mm, c = 7.5 to 12 mm and d = 7.5 to 12 mm.

尚、下方セルユニットのみがあって、上方にセルユニットがない場合は、上方セルユニットの長さdに相当する不足分を、NMR試料管内の試料溶液の増量により補えばよい。   If there is only the lower cell unit and there is no upper cell unit, the shortage corresponding to the length d of the upper cell unit may be compensated by increasing the sample solution in the NMR sample tube.

このような本発明により、磁場歪みの補償をまったく行なわない場合の3倍程度、従来のガラス製高分解能用NMR試料管により磁場歪みの補償を行なった場合の1.6倍程度の感度増大が確認された。   According to the present invention, the sensitivity increase is about 3 times that when no compensation of magnetic field distortion is performed, and about 1.6 times that when magnetic field distortion is compensated by a conventional glass high-resolution NMR sample tube. confirmed.

また、上下にセルユニットを配置した場合の感度を100(最大感度)とすると、下方セルユニットのみを配置した場合で75%、上下ともにセルユニットを配置しなかった場合で34%程度の感度となった。   Also, assuming that the sensitivity when the cell units are arranged at the top and bottom is 100 (maximum sensitivity), the sensitivity is about 75% when only the lower cell unit is arranged, and about 34% when the cell unit is not arranged above and below. became.

NMRプローブに広く利用できる。   Can be widely used for NMR probes.

従来の多重共鳴NMR装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional multiple resonance NMR apparatus. 従来の従来の高分解能用NMR試料管を示す図である。It is a figure which shows the conventional conventional high-resolution NMR sample tube. 本発明にかかる高分解能NMRプローブの概念図である。It is a conceptual diagram of the high resolution NMR probe concerning this invention. 本発明に用いられるNMR試料管の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the NMR sample tube used for this invention. NMRプローブのチューニング回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the tuning circuit of a NMR probe. 本発明にかかる高分解能NMRプローブの構造の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the structure of the high resolution NMR probe concerning this invention. 本発明にかかる分解能補償用スティックの取り付け方の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of how to attach the stick for resolution compensation concerning this invention. 本発明にかかる分解能補償用スティックの取り付け方の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of how to attach the stick for resolution compensation concerning this invention. 本発明にかかるガイド管の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the guide tube concerning this invention. 高周波の表皮厚さと電磁シールド効果を示す図である。It is a figure which shows the skin thickness and electromagnetic shielding effect of a high frequency. 本発明にかかるセルユニットのラインナップを示す図である。It is a figure which shows the lineup of the cell unit concerning this invention. 本発明にかかる分解能補償用スティックの別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of the stick for resolution compensation concerning this invention. 本発明に用いられるNMR試料管の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the NMR sample tube used for this invention. 本発明にかかる分解能補償用スティックの別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of the stick for resolution compensation concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:試料管、2:マグネット、3:室温シム、4:NMRプローブ、5:温度可変装置、6:磁場補正装置、7:コンピュータ、8:表示機、9:デュプレクサ、10:増幅器、11:復調検波器、12:ADC、13:電力増幅器、14:発振器、15:電力増幅器、16:電力増幅器、21:キャップ、22:ロータ、23:ステータ、24:試料、25:サンプルコイル、26:磁化率補償ガラス、26:磁化率補償ガラス、27:試料管外管、28:試料管内管、30:試料、200:多重共鳴NMR装置 1: Sample tube, 2: Magnet, 3: Room temperature shim, 4: NMR probe, 5: Temperature variable device, 6: Magnetic field correction device, 7: Computer, 8: Display, 9: Duplexer, 10: Amplifier, 11: Demodulator, 12: ADC, 13: power amplifier, 14: oscillator, 15: power amplifier, 16: power amplifier, 21: cap, 22: rotor, 23: stator, 24: sample, 25: sample coil, 26: Magnetic susceptibility compensation glass, 26 ' : Magnetic susceptibility compensation glass, 27: Sample tube outer tube, 28: Sample tube inner tube, 30: Sample, 200: Multiple resonance NMR apparatus

Claims (9)

静磁場中に配置して用いられ、内部に静磁場方向と直交する方向に高周波磁界を発生するサンプルコイルを備えた高分解能NMRプローブにおいて、
該サンプルコイル内に挿入された試料管の下方に近接するように、試料とほぼ同じ磁化率を有する物質でできた補償部材を前記高分解能NMRプローブ底部に取り付け、該補償部材により試料管中の試料によって発生する静磁場歪みを補償させるようにしたことを特徴とする高分解能NMRプローブ。
In a high-resolution NMR probe equipped with a sample coil that is used in a static magnetic field and generates a high-frequency magnetic field in a direction orthogonal to the static magnetic field direction inside,
A compensation member made of a material having substantially the same magnetic susceptibility as the sample is attached to the bottom of the high-resolution NMR probe so as to be close to the lower side of the sample tube inserted into the sample coil, and the compensation member in the sample tube is attached by the compensation member. A high-resolution NMR probe that compensates for static magnetic field distortion generated by a sample.
前記補償部材は、試料管内に配置された同等の磁化率を有するもう1つの補償部材とペアで用いられることを特徴とする請求項1記載の高分解能NMRプローブ。 The high-resolution NMR probe according to claim 1, wherein the compensation member is used in a pair with another compensation member having an equivalent magnetic susceptibility arranged in a sample tube. 前記補償部材は、試料溶媒とほぼ同じ磁化率を有する樹脂成形体、または、試料溶媒とほぼ同じ磁化率を有する溶媒を封入した容器であることを特徴とする請求項1または2記載の高分解能NMRプローブ。 3. The high resolution according to claim 1, wherein the compensation member is a resin molded body having substantially the same magnetic susceptibility as the sample solvent or a container in which a solvent having substantially the same magnetic susceptibility as the sample solvent is enclosed. NMR probe. 前記補償部材は、試料管中の試料溶媒の種類に合わせて交換できるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高分解能NMRプローブ。 The high-resolution NMR probe according to any one of claims 1 to 3, wherein the compensation member is configured to be exchanged according to a type of a sample solvent in the sample tube. 前記補償部材は、電磁界シールドによりNMR測定で使用される高周波から遮蔽されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の高分解能NMRプローブ。 5. The high-resolution NMR probe according to claim 1, wherein the compensation member is shielded from a high frequency used in NMR measurement by an electromagnetic field shield. 前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料の上下に置かれた2つの補償部材を併せて少なくともその倍以上の長さであることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1項に記載の高分解能NMRプローブ。 The length of the compensation member in the direction of the sample tube axis is at least one time longer than the effective compensation length of the sample coil, including the two compensation members placed above and below the sample. The high-resolution NMR probe according to any one of claims 2 to 5. 前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料の上下に置かれた2つの補償部材を併せてその.6倍以上の長さであることを特徴とする請求項6記載の高分解能NMRプローブ。 Sample tube axial length of the compensation member, the effective measuring length of the sample coil relative to its 1 together two compensating member placed above and below the sample. The high-resolution NMR probe according to claim 6, wherein the length is 6 times or more. 前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料管の下方に置かれた補償部材のみで少なくともその0.5倍以上の長さであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の高分解能NMRプローブ。 The length of the compensation member in the sample tube axis direction is at least 0.5 times the length of the compensation member placed below the sample tube with respect to the effective measurement length of the sample coil. The high-resolution NMR probe according to any one of claims 1 to 7. 前記補償部材の試料管軸方向の長さは、サンプルコイルの有効測定長に対し、試料管の下方に置かれた補償部材のみでその0.8倍以上の長さであることを特徴とする請求項8記載の高分解能NMRプローブ。 The length of the compensation member in the sample tube axial direction is 0.8 times or more of the compensation member placed below the sample tube with respect to the effective measurement length of the sample coil. The high resolution NMR probe according to claim 8.
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