JP5315556B2 - NMR detector - Google Patents

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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。   The present invention relates to an NMR detector used in an NMR apparatus, and more particularly to an NMR detector including a plurality of tuning circuits that resonate at different frequencies.

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、700MHz、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)、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176MHz、15N核では71MHz、31P核では284MHz、これらを以降LF周波数と呼ぶ)で共振するコイル(以降LFコイルを呼ぶ)とを備えており、HFコイルには、重水素核(2D核)を測定するロック用の周波数f3(例えば、123MHz、以降ロック周波数と呼ぶ)でも共振可能なように、二重同調回路が備えられている。 Usually, in an NMR detector for multinuclear observation, a coil (hereinafter referred to as HF coil) that resonates at a high frequency f 1 (for example, 700 MHz, hereinafter referred to as HF frequency) for measuring hydrogen nuclei ( 1 H nuclei), etc. Low frequency f 2 for measuring carbon nuclei ( 13 C nuclei), nitrogen nuclei ( 15 N nuclei), phosphorus nuclei ( 31 P nuclei), etc. (for example, 176 MHz for 13 C nuclei, 71 MHz for 15 N nuclei, 31 P nuclei for 31 P nuclei) 284MHz, and a coil which resonates them in later referred to as LF frequency) (hereinafter referred to as LF coil), the HF coil, the frequency f 3 of the lock measuring the deuterium nuclei (2 D nucleus) ( For example, a double tuning circuit is provided so that resonance is possible even at 123 MHz (hereinafter referred to as a lock frequency).

図1は、従来の多重同調NMR検出器の一例を示す図である。最初に、HFの共振モードについて説明する。図1中、L1がサンプルコイルである。HF周波数を持ったRFは、HF入力ポートf1から導入される。f1から導入されたRFは、サンプルコイルL1、HF同調コンデンサC0、C2、およびC3、HF整合コンデンサC1により構成されるLC共振回路で平衡型共振し、サンプルコイルL1近傍に置かれた図示しないNMR試料にHF周波数のRF磁界を照射する。これにより、NMR試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したNMR信号がサンプルコイルL1により検出され、ポートf1を介して外部に取り出される。尚、このモードでは、ヘリカルコイルL3、L4は、分布インダクタンスとして働き、HFの1/4波長共振器として作用する。たとえば、HFが700MHzの場合、1/4波長は102〜107mm程度になる。そのため、HFは、ノード1、2で電界振幅が最大になり、コンデンサC4とコンデンサC6の接地端で電界振幅がゼロになるような電磁界分布を取る。その結果、ノード1からヘリカルコイルL3側寄り、および、ノード2からヘリカルコイルL4側寄りの部分ではHFは反射され、共振に関与しない。尚、HFの上記波長共振器としては、1/4波長共振器として作用させる場合が一般的であるが、n/4波長共振器(nは奇数)として作用させても良い。   FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional multiple-tuned NMR detector. First, the resonance mode of HF will be described. In FIG. 1, L1 is a sample coil. RF having the HF frequency is introduced from the HF input port f1. The RF introduced from f1 resonates in an LC resonance circuit composed of the sample coil L1, the HF tuning capacitors C0, C2, and C3, and the HF matching capacitor C1, and is not shown in the figure placed near the sample coil L1. The sample is irradiated with an RF magnetic field having an HF frequency. As a result, if magnetic resonance occurs in the NMR sample, the NMR signal generated from the sample is detected by the sample coil L1 and taken out through the port f1. In this mode, the helical coils L3 and L4 act as distributed inductances and act as HF quarter-wave resonators. For example, when HF is 700 MHz, the quarter wavelength is about 102 to 107 mm. Therefore, the HF has an electromagnetic field distribution in which the electric field amplitude becomes maximum at the nodes 1 and 2 and the electric field amplitude becomes zero at the ground ends of the capacitors C4 and C6. As a result, HF is reflected from the node 1 closer to the helical coil L3 side and from the node 2 closer to the helical coil L4 side, and is not involved in resonance. The HF wavelength resonator is generally operated as a quarter wavelength resonator, but may be operated as an n / 4 wavelength resonator (n is an odd number).

次に、ロック周波数の共振モードについて説明する。図1中、サンプルコイルL1、ヘリカルコイルL3、ヘリカルコイルL4を合わせたものが、ロック周波数に共振する共振コイルである。このモードでは、ヘリカルコイルL3、L4は、集中インダクタンスとして働く。L3とL4のインダクタンスは、L1のインダクタンスよりも数倍大きいため、L1のインダクタンスは共振にほとんど寄与しない。ロック周波数を持ったRFは、ロック用RF入力ポートf2から導入される。ポートf2から導入されたRFは、L1、L3、L4、および、ロック用同調コンデンサC4およびC6、ロック用整合コンデンサC5により構成されるLC共振回路で平衡型共振し、サンプルコイルL1近傍に置かれた図示しないNMR試料にロック周波数のRF磁界を照射する。これにより、NMR試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したロック信号がサンプルコイルL1により検出され、ポートf2を介して外部に取り出される。   Next, the resonance mode of the lock frequency will be described. In FIG. 1, the combination of the sample coil L1, the helical coil L3, and the helical coil L4 is a resonance coil that resonates at the lock frequency. In this mode, the helical coils L3 and L4 function as concentrated inductances. Since the inductances of L3 and L4 are several times larger than the inductance of L1, the inductance of L1 hardly contributes to resonance. The RF having the lock frequency is introduced from the lock RF input port f2. The RF introduced from the port f2 resonates in a balanced manner in an LC resonance circuit composed of L1, L3, L4, locking tuning capacitors C4 and C6, and locking matching capacitor C5, and is placed in the vicinity of the sample coil L1. A non-illustrated NMR sample is irradiated with an RF magnetic field having a lock frequency. As a result, if magnetic resonance occurs in the NMR sample, the lock signal generated from the sample is detected by the sample coil L1 and taken out to the outside via the port f2.

図1のヘリカルコイルL3、L4の代わりに、L3とC7から成る第1のLC並列共振回路とL4とC8からなる第2のLC並列共振回路をHFリジェクト回路に採用したNMR検出器が図2に示されるNMR検出器である。また、図1のヘリカルコイルL3、L4の代わりに、第1の波長共振器TL1(例えばヘリカル共振、1/4波長レゾネータ)と第2の波長共振器TL2をHFリジェクト回路に採用したNMR検出器が図3に示されるNMR検出器である。   FIG. 2 shows an NMR detector in which a first LC parallel resonant circuit composed of L3 and C7 and a second LC parallel resonant circuit composed of L4 and C8 are employed in the HF reject circuit instead of the helical coils L3 and L4 in FIG. It is a NMR detector shown by these. In addition, instead of the helical coils L3 and L4 in FIG. 1, an NMR detector employing a first wavelength resonator TL1 (eg, helical resonance, quarter wavelength resonator) and a second wavelength resonator TL2 in the HF reject circuit. Is the NMR detector shown in FIG.

図4は、図1のヘリカルコイル、図2のLC並列共振回路、図3の波長共振器を総じて、一般的にDCPL(分離回路decoupling circuitの略称)とし、かつ更に一般的なNMR検出器である多核(13C核、15N核、31P核など、いわゆるLF周波数核種と呼ぶもの)も観測できる機能を備えた標準的なNMR検出器を示す。 FIG. 4 is a DCPL (abbreviation for decoupling circuit) generally used for the helical coil of FIG. 1, the LC parallel resonance circuit of FIG. 2, and the wavelength resonator of FIG. 3, and is a more general NMR detector. A standard NMR detector having a function capable of observing a certain multinuclear (a so-called LF frequency nuclide such as 13 C nucleus, 15 N nucleus, 31 P nucleus) is shown.

LFの共振モードについて説明する。図4中、L2はLFコイル(第2のサンプルコイル)である。LF周波数を持ったRFは、LF入力ポートf4から導入される。ポートf4から導入されたRFは、LFコイルL2、LF同調コンデンサC00、C11、およびC12、LF整合コンデンサC10により構成されるLC共振回路で平衡型共振し、LFコイルL2近傍に置かれた図示しないNMR試料にLF周波数のRF磁界を照射する。これにより、NMR試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したNMR信号がLFコイルL2により検出され、ポートf4を介して外部に取り出される。   The resonance mode of LF will be described. In FIG. 4, L2 is an LF coil (second sample coil). RF having the LF frequency is introduced from the LF input port f4. The RF introduced from the port f4 resonates in an LC resonance circuit composed of the LF coil L2, the LF tuning capacitors C00, C11 and C12, and the LF matching capacitor C10, and is placed in the vicinity of the LF coil L2 (not shown) An NMR sample is irradiated with an RF magnetic field having an LF frequency. As a result, if magnetic resonance occurs in the NMR sample, the NMR signal generated from the sample is detected by the LF coil L2, and taken out through the port f4.

図5は、この標準プローブのサンプルコイルL1、L2の相対的な配置を、同心円状に配する場合で示している。観測コイルは内側に位置するL2コイル、照射コイルは外側に位置するL1コイルである。一般に、感度を得たい核を観測する場合、試料に一番近い配置を取る(つまり内側に位置する)サンプルコイルにその核の同調をする。従って、場合によっては、L1とL2の配置は逆配置であっても良い。   FIG. 5 shows the relative arrangement of the sample coils L1 and L2 of this standard probe when they are arranged concentrically. The observation coil is an L2 coil located inside, and the irradiation coil is an L1 coil located outside. In general, when observing a nucleus for which sensitivity is to be obtained, the nucleus is tuned to a sample coil that is positioned closest to the sample (that is, located inside). Therefore, depending on the case, the arrangement of L1 and L2 may be reversed.

図5の例では、ポートf4の核種が最も感度を欲する核になる。f4側の回路は、単同調回路を示している。平衡回路の例と不平衡回路の例を併記した理由は、その利用方法において、適当と思われる場合、いずれかを選択して使用するからである。   In the example of FIG. 5, the nuclide of the port f4 is the nucleus that wants the most sensitivity. The circuit on the f4 side is a single tuning circuit. The reason why the example of the balanced circuit and the example of the unbalanced circuit are written together is that, when it is considered appropriate in the usage method, any one is selected and used.

本題に関わる技術内容なので、ここで平衡回路と不平衡回路を簡単に説明する。サンプルコイルの両端がキャパシタで浮いている回路を構成するのが平衡共振回路である。逆にサンプルコイルの一端が接地され、他端がキャパシタで浮いている回路を構成するのが平衡共振回路である。その違いは2つほどあり、1つは、平衡共振回路の場合、接地から浮いているので、サンプルコイルおよびその周辺の浮遊容量が共振容量に寄与する割合が軽減されて、より高域の周波数範囲をカバーできることである。   Since it is the technical content related to this subject, here we will briefly explain balanced and unbalanced circuits. A balanced resonance circuit constitutes a circuit in which both ends of the sample coil are floated by capacitors. Conversely, a balanced resonance circuit constitutes a circuit in which one end of the sample coil is grounded and the other end is floated by a capacitor. The difference is about two, and one is that in the case of a balanced resonant circuit, it floats from ground, so the proportion of the sample coil and its surrounding stray capacitance contributing to the resonant capacitance is reduced, and the higher frequency range. It can cover the range.

2つには、サンプルコイル両端の共振電圧が仮に4kVppとすると、平衡共振回路ではサンプルコイルの両端のキャパシタで電圧分割ができるため、1つのキャパシタにかかる電圧が軽減されることである。仮に図5に示す回路で言うと、C11とC12がほぼ似たような容量であれば、個々のキャパシタにかかる電圧は2kVppとなる。ところが、不平衡回路では、C11に4kVppが直接かかることになる。つまり、不平衡回路では、キャパシタの耐電圧仕様がたいへん厳しくなるので、このような回路では放電を心配して、検出器には大きなRF電圧を入れることができない。 Secondly, if the resonance voltage at both ends of the sample coil is 4 kV pp , the voltage applied to one capacitor is reduced because the balanced resonance circuit can perform voltage division with the capacitors at both ends of the sample coil. Assuming the circuit shown in FIG. 5, if C11 and C12 have substantially similar capacitances, the voltage applied to each capacitor is 2 kV pp . However, in an unbalanced circuit, 4 kV pp is directly applied to C11. That is, in the unbalanced circuit, the withstand voltage specification of the capacitor becomes very strict, and in such a circuit, it is worried about discharge, and a large RF voltage cannot be applied to the detector.

逆を言えば、平衡回路では、2倍大きなRF電力を入れることができる。耐電圧仕様が半分で済むということは、電圧比の2乗、つまり4倍の電力を平衡回路では入れられることになる。これは、不平衡回路に対し、大きく優る特徴である。   Conversely, in a balanced circuit, twice as much RF power can be applied. The fact that the withstand voltage specification is only half means that the square of the voltage ratio, that is, four times the power can be input in the balanced circuit. This is a feature that is greatly superior to an unbalanced circuit.

図6と図7は、これまで述べてきた二重共鳴(HF/LF)と違い、更に1回路が増設された三重共鳴回路(HF/LF/LF)を含む検出器について、従来技術を記載している。このように、分離回路を介して、順に所望の周波数の同調回路を増設することができるが、平衡回路を組み込んだ構成では、必ずゴーストと呼ばれる不要信号共振モードが副次的に生成される。   FIG. 6 and FIG. 7 describe the prior art for a detector including a triple resonance circuit (HF / LF / LF) with one additional circuit, unlike the double resonance (HF / LF) described so far. doing. As described above, a tuning circuit having a desired frequency can be sequentially added via the separation circuit. However, in a configuration incorporating a balanced circuit, an unnecessary signal resonance mode called a ghost is always generated as a secondary.

図6と図7では、このような回路網解析に使用されるネットワークアナライザ測定器のSパラ解析グラフに基づいて、出現するゴースト信号の大まかな背景、つまりどのような範囲に出るかなど、本来の周波数群との相対的な関係を模式的に分かるようにしている。ちなみに、グラフの縦軸は随意の指数で示す反射特性周波数分布で、話題の周波数に対し、ゴースト信号が出る位置関係の手助けを示す程度のものである。   6 and 7, based on the S-parameter analysis graph of the network analyzer measuring instrument used for such a network analysis, a rough background of the ghost signal that appears, that is, what range it is in, etc. The relative relationship with the frequency group is schematically understood. By the way, the vertical axis of the graph is a reflection characteristic frequency distribution indicated by an arbitrary index, which shows the help of the positional relationship in which the ghost signal is output with respect to the topic frequency.

仮に、HFが600MHzの装置で話をすると、図6、図7のいずれの場合でも、ゴースト信号は隣り合う周波数に影響が及ぶことが想像できる。   If we talk with a device having an HF of 600 MHz, it can be imagined that the ghost signal affects adjacent frequencies in either case of FIG. 6 or FIG.

特開2006−208216号公報 JP 2006-208216 A

標準プローブの話に戻るが、例として、LF観測(またはLF照射)、HF照射(またはHF観測)2D(重水素)NMR-ロックがあるとする。ここで、LF回路側は、言葉で説明できる範囲に入るので、図を省略する。ただし、説明の中では、LF回路は常に存在しているものとして話を進める。 Returning to the standard probe, suppose that there are LF observation (or LF irradiation), HF irradiation (or HF observation) 2 D (deuterium) NMR-lock as an example. Here, since the LF circuit side falls within a range that can be explained by words, the illustration is omitted. However, in the description, the discussion will proceed assuming that the LF circuit is always present.

例として、f1(HF:1H)、f2(ロック:2D)を得る二重同調回路の分離回路が波長共振回路で構成されている例で説明する。図8で示す。この分離回路は既に述べたように、種々の回路が想定されるが、ここでは適度な特性インピーダンスと適度な長さ(一般的には、1/4波長共振する線路に設計するが、その奇数倍などの変形も当然ある)で波長共振させ、周波数を分離する。 Examples, f1 (HF: 1 H) , f2: the separation circuit of the double tuned circuit to obtain the (lock 2 D) is described in the example is composed of wavelength resonant circuit. This is shown in FIG. As described above, various circuits are assumed as the separation circuit. Here, an appropriate characteristic impedance and an appropriate length (generally, the line is designed to resonate a quarter wavelength, but the odd number thereof is used. The frequency is separated by resonating the wavelength with a deformation such as double.

図8では、HF共振回路は、L1、C0、C2、C3を主要素子として構成され、ロック共振回路は、TL1、TL2、C4、C6を主要素子として構成される。また、先に述べたゴースト信号の共振回路は、TL1、TL2、C4、C6、C2、C3の素子群から生じ、LFと干渉する。 In FIG. 8, the HF resonance circuit is configured with L 1 , C 0 , C 2 , and C 3 as main elements, and the lock resonance circuit is configured with TL 1 , TL 2 , C 4 , and C 6 as main elements. . The ghost signal resonance circuit described above is generated from the element groups of TL 1 , TL 2 , C 4 , C 6 , C 2 , and C 3 and interferes with LF.

図8のように構成された回路を600MHzNMR装置に使用する場合、その周波数特性は、図9のようなものとなる。左図はf1端子での反射特性(直線で示す線)とf1端子からf2端子への通過特性である。右図はf2端子での反射特性(直線で示す線)とf2端子からf1端子への通過特性である。   When the circuit configured as shown in FIG. 8 is used in a 600 MHz NMR apparatus, the frequency characteristics are as shown in FIG. The left figure shows the reflection characteristic (line shown by a straight line) at the f1 terminal and the passing characteristic from the f1 terminal to the f2 terminal. The right figure shows the reflection characteristic (line indicated by a straight line) at the f2 terminal and the passing characteristic from the f2 terminal to the f1 terminal.

この例では、ゴースト信号は、326MHzに出ている。省略しているLF側の周波数f4が例えば31P(243MHz)の場合、ゴースト信号がこの31Pの共鳴周波数に干渉する。本例では、比較的穏やかなデバイス定数配置に設定されているが、極端な場合では、ゴースト信号の出る位置が〜270MHz付近となる。図10に示す。 In this example, the ghost signal appears at 326 MHz. When the omitted frequency f4 on the LF side is, for example, 31 P (243 MHz), the ghost signal interferes with the 31 P resonance frequency. In this example, the device constant arrangement is set to be relatively gentle. However, in an extreme case, the position where the ghost signal appears is around 270 MHz. As shown in FIG.

図10では、f1(1H:HF)、f2(2D:ロック)、f3(ゴースト)、f4(31Pの例:LF)を含めたネットワーク仕様の各周波数のSパラ特性を示している。その中で、本案に関係するところだけ記述する。 In Figure 10, f1 (1 H: HF ), f2 indicates the S parameter characteristics of each frequency of the network specifications, including (2 D:: lock), f3 (ghost), f4 (LF 31 P Example) . Only those relevant to this plan will be described.

ゴースト信号は、ほぼ270MHz付近に現れ、31P(243MHz)と干渉している。仮に干渉が起きない場合での31Pの感度を100%とすると、この程度の干渉でも感度は50〜70%ぐらいに低下する。パルス幅にすると、1.4〜2倍に長くなる。 The ghost signal appears around 270 MHz and interferes with 31P (243 MHz). If the sensitivity of 31 P when no interference occurs is 100%, the sensitivity is reduced to about 50 to 70% even with this level of interference. When the pulse width is set, the length becomes 1.4 to 2 times longer.

HF側の同調は、その多くが19F核(600MHzNMR装置では565MHz)までの同調範囲をカバーしているが、このような場合、図11に示すように、ゴースト信号は完全にf4にかぶさってしまい、その感度を著しく低下させる。パルス幅も著しく長くなる。 Most of the tuning on the HF side covers the tuning range up to 19 F nuclei (565 MHz in the 600 MHz NMR apparatus). In such a case, as shown in FIG. 11, the ghost signal is completely covered by f4. Therefore, the sensitivity is significantly reduced. The pulse width is also significantly increased.

このような問題を抱えているのが従来技術である。かなり古い技術である不平衡回路では、このようなゴースト信号は現れない。図12と図13に示す。しかしながら、先ほど説明したように、現代のように超高磁場NMR装置が現れ、広い励起帯域を望み、かつ、高感度を要求される時代では、大きなRF電力を投入でき、なお700/800/900MHz級の高域周波数まで設計対応が利く平衡回路の優位性は絶大で、不平衡回路のような古い技術はどうしても陳腐になる。   The conventional technology has such a problem. Such a ghost signal does not appear in an unbalanced circuit, which is a rather old technology. It is shown in FIG. 12 and FIG. However, as explained above, in the era when ultra-high magnetic field NMR devices appear as in modern times and a wide excitation band is desired and high sensitivity is required, a large RF power can be input, and 700/800/900 MHz. The superiority of the balanced circuit that can handle the design up to the high frequency of the class is tremendous, and the old technology such as the unbalanced circuit becomes obsolete.

平衡回路ではこのようなゴースト信号がなぜ出るのかを説明する。図8で示す回路で説明する。TL1、TL2を誘導成分で簡略的に近似すると、L(TL1)、L(TL2)である。共振する容量成分を関係する周辺容量も含めて丸め、C2はC2*、C3はC3*、C4はC4*、C6はC6*になるとする。   The reason why such a ghost signal is generated in the balanced circuit will be described. This will be described with reference to the circuit shown in FIG. When TL1 and TL2 are simply approximated by induction components, they are L (TL1) and L (TL2). It is assumed that the resonant capacitance component is rounded including the related peripheral capacitance, C2 is C2 *, C3 is C3 *, C4 is C4 *, and C6 is C6 *.

関係するf1、f2、f3であるが、f1はHFなので、L1とC0、C3*、C2*から成る並列共振で生成される信号である。さて、f2、f3は図14、図15に模式的に示すような信号である。   Although f1, f2, and f3 are related, since f1 is HF, it is a signal generated by parallel resonance composed of L1, C0, C3 *, and C2 *. Now, f2 and f3 are signals as schematically shown in FIGS.

図14では、本来は2つのコイル間にサンプルコイルL1が入る。しかし、HF共振を考えると、L1のインダクタンスとしての値は〜20nH前後に過ぎないので、ここでは無視している。すなわち、図15と釣り合いを取るため、意図的に省いている。   In FIG. 14, the sample coil L1 originally enters between two coils. However, considering HF resonance, the value of L1 as an inductance is only about ˜20 nH, and is ignored here. That is, in order to balance with FIG. 15, it is omitted intentionally.

図15の平衡回路では、2つの並列共振ができ、その間を容量で結合する場合は双峰に分裂した周波数特性となる。また、容量の代わりにサンプルコイルが入ると、図15のように直結状態と等価になるので、シングルの合成周波数が生成される。これがゴーストと呼ばれるもので、このような平衡回路の構成を取る場合は必然的に現れる。   In the balanced circuit of FIG. 15, two parallel resonances can be made, and when the capacitance is coupled between them, the frequency characteristic is split into two peaks. Further, when a sample coil is inserted instead of the capacitor, it becomes equivalent to the direct connection state as shown in FIG. 15, and thus a single combined frequency is generated. This is called a ghost, and will inevitably appear when taking such a balanced circuit configuration.

このため、HFの同調容量、C2*またはC3*のいずれかを変化させると、この合成周波数は大きく移動することになる。図11で示すようなゴーストの動きを起こす理由である。図16は、そのようにしてHF同調相当Cを適当に大きく変化させた場合のゴーストの変化を示したものである。   For this reason, if either the tuning capacity of HF, C2 * or C3 *, is changed, this combined frequency will move greatly. This is why the ghost moves as shown in FIG. FIG. 16 shows the change of the ghost when the HF tuning equivalent C is appropriately changed as described above.

図16から明らかなように、当初3百数十MHzにいたゴースト信号が、219MHz域まで変化しており、極めて大きな変化を起こしている。このような問題を抱えたゴースト信号の存在は重大で、このようなゴースト信号が出ない回路構成のアイディアが発案されることが長い間期待されていた。   As is clear from FIG. 16, the ghost signal that was initially in the range of three hundred and several tens of megahertz has changed to the 219 MHz region, causing a very large change. The existence of a ghost signal having such a problem is serious, and it has long been expected that an idea of a circuit configuration that does not output such a ghost signal is proposed.

本発明は、上述した点に鑑み、LF近傍にゴースト信号が出現するのを防止することができる平衡回路方式のNMR検出器を提供することにある。   In view of the above points, the present invention is to provide a balanced circuit type NMR detector capable of preventing a ghost signal from appearing in the vicinity of the LF.

この目的を達成するため、本発明にかかるNMR検出器は、
サンプルコイルL1、該L1の両端を結ぶ第1の容量素子C0、および該L1の両端をそれぞれ接地するほぼ同容量の容量素子C2、C3からなり、
水素核(1H核)やフッ素核(19F核)などの高い共鳴周波数を持つ観測核を共鳴させるための第1の高周波HFと、重水素核(2D核)の共鳴周波数である第2の高周波(ロック周波数)に対して、2重同調できる平衡共振回路を構成し、
前記HFは前記L1の一端に接続されたポートから入出力されるNMR検出器において、
前記平衡共振回路のロック周波数に共振する部分は、
前記L1の両端に接続されてロック周波数共振回路にインダクタンス成分を提供すると共に、前記L1に接続された端部とは反対側の端部がロック周波数入出力ポートに接続されて該ロック周波数入出力ポートへの前記HFの進入を遮断する分離回路DCPL1、DCPL2と、
該DCPL1、DCPL2のL1側接続端とは反対側の端部を互いに結ぶ容量素子C100と、
を備え、
該DCPL1、DCPL2のL1側接続端とは反対側の端部は、接地電位から浮いていることを特徴としている。
In order to achieve this object, the NMR detector according to the present invention comprises:
The sample coil L1, the first capacitive element C0 connecting both ends of the L1, and the capacitive elements C2 and C3 having substantially the same capacitance each grounding both ends of the L1,
The first high-frequency HF for resonating an observation nucleus having a high resonance frequency such as a hydrogen nucleus ( 1 H nucleus) or a fluorine nucleus ( 19 F nucleus) and the resonance frequency of a deuterium nucleus ( 2 D nucleus) Construct a balanced resonant circuit that can be double-tuned for two high frequencies (lock frequency),
The HF is an NMR detector that is input and output from a port connected to one end of the L1,
The portion that resonates with the lock frequency of the balanced resonant circuit is:
Connected to both ends of the L1 to provide an inductance component to the lock frequency resonance circuit, and an end opposite to the end connected to the L1 is connected to the lock frequency input / output port to connect to the lock frequency input / output port. Separation circuits DCPL1, DCPL2 that block the entry of the HF into the port;
A capacitive element C100 that connects ends of the DCPL1 and DCPL2 opposite to the L1 side connection ends;
With
The end of the DCPL1 and DCPL2 opposite to the connection end on the L1 side is characterized by floating from the ground potential.

また、前記容量素子C100は、複数の容量素子から構成されていることを特徴としている。   The capacitive element C100 is composed of a plurality of capacitive elements.

また、前記容量素子C100を構成している容量素子の一端からロック周波数を入出力させるようにしたことを特徴としている。   Further, a lock frequency is inputted / outputted from one end of the capacitive element constituting the capacitive element C100.

本発明にかかるNMR検出器によれば、
サンプルコイルL1、該L1の両端を結ぶ第1の容量素子C0、および該L1の両端をそれぞれ接地するほぼ同容量の容量素子C2、C3からなり、
水素核(1H核)やフッ素核(19F核)などの高い共鳴周波数を持つ観測核を共鳴させるための第1の高周波HFと、重水素核(2D核)の共鳴周波数である第2の高周波(ロック周波数)に対して、2重同調できる平衡共振回路を構成し、
前記HFは前記L1の一端に接続されたポートから入出力されるNMR検出器において、
前記平衡共振回路のロック周波数に共振する部分は、
前記L1の両端に接続されてロック周波数共振回路にインダクタンス成分を提供すると共に、前記L1に接続された端部とは反対側の端部がロック周波数入出力ポートに接続されて該ロック周波数入出力ポートへの前記HFの進入を遮断する分離回路DCPL1、DCPL2と、
該DCPL1、DCPL2のL1側接続端とは反対側の端部を互いに結ぶ容量素子C100と、
を備え、
該DCPL1、DCPL2のL1側接続端とは反対側の端部は、接地電位から浮いているので、
LF近傍にゴースト信号が出現するのを防止することができる平衡回路方式のNMR検出器を提供することが可能になった。
According to the NMR detector according to the present invention,
The sample coil L1, the first capacitive element C0 connecting both ends of the L1, and the capacitive elements C2 and C3 having substantially the same capacitance each grounding both ends of the L1,
The first high-frequency HF for resonating an observation nucleus having a high resonance frequency such as a hydrogen nucleus ( 1 H nucleus) or a fluorine nucleus ( 19 F nucleus) and the resonance frequency of a deuterium nucleus ( 2 D nucleus) Construct a balanced resonant circuit that can be double-tuned for two high frequencies (lock frequency),
The HF is an NMR detector that is input and output from a port connected to one end of the L1,
The portion that resonates with the lock frequency of the balanced resonant circuit is:
Connected to both ends of the L1 to provide an inductance component to the lock frequency resonance circuit, and an end opposite to the end connected to the L1 is connected to the lock frequency input / output port to connect to the lock frequency input / output port. Separation circuits DCPL1, DCPL2 that block the entry of the HF into the port;
A capacitive element C100 that connects ends of the DCPL1 and DCPL2 opposite to the L1 side connection ends;
With
Since the end of the DCPL1 and DCPL2 opposite to the L1 side connection end is floating from the ground potential,
It has become possible to provide a balanced circuit type NMR detector capable of preventing a ghost signal from appearing in the vicinity of the LF.

従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器のSパラ特性である。It is the S para characteristic of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器のSパラ特性である。It is the S para characteristic of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器のSパラ特性である。It is the S para characteristic of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器の一例である。It is an example of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器のSパラ特性である。It is the S para characteristic of the conventional NMR detector. 従来のNMR検出器がロック周波数に共振する機構である。This is a mechanism in which a conventional NMR detector resonates at a lock frequency. 従来のNMR検出器がゴースト周波数に共振する機構である。This is a mechanism in which a conventional NMR detector resonates at a ghost frequency. ゴースト共振のSパラ特性である。It is the S para characteristic of ghost resonance. 本発明にかかるNMR検出器の一実施例である。It is one Example of the NMR detector concerning this invention. 本発明にかかるNMR検出器のSパラ特性である。It is a S para characteristic of the NMR detector concerning this invention. 本発明にかかるNMR検出器のSパラ特性である。It is a S para characteristic of the NMR detector concerning this invention. 本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。It is another Example of the NMR detector concerning this invention. 本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。It is another Example of the NMR detector concerning this invention. 本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。It is another Example of the NMR detector concerning this invention. 本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。It is another Example of the NMR detector concerning this invention.

図17は、本発明にかかるNMR検出器の一実施例である。図17(a)に示すように、本実施例では、2つの分離回路DCPL1、DCPL2の端末が、キャパシタC100を介して、グランドから浮く形で互いに連結してある。また、図17(b)は浮遊容量があることを想定して、動作上の最適化を図るために、調整用の補助容量αを加味して、C101として記載した例である。   FIG. 17 shows an embodiment of the NMR detector according to the present invention. As shown in FIG. 17A, in this embodiment, the terminals of the two separation circuits DCPL1 and DCPL2 are connected to each other in a form floating from the ground via the capacitor C100. Further, FIG. 17B is an example described as C101 in consideration of the stray capacitance, in consideration of the adjustment auxiliary capacitance α in order to optimize the operation.

尚、当然のことながら、DCPL1、DCPL2は、このような平衡回路においては、ほぼ同一の回路構成を取ることが一般的なので、f2としての入出力結合容量C102は、図の位置の反対側、すなわち、DCPL1とC100の共通ノードに当たる*側をf2としての入出力結合容量C102の結合位置としても良い。   Of course, since DCPL1 and DCPL2 generally have substantially the same circuit configuration in such a balanced circuit, the input / output coupling capacitance C102 as f2 is opposite to the position in the figure, That is, the * side corresponding to the common node of DCPL1 and C100 may be the coupling position of the input / output coupling capacitor C102 as f2.

また、場合によっては、C100を複数の直列連結容量にして、連結中の任意のノードからC102としてf2の入出力結合を行なっても良い。これは設計の範囲である。   Further, in some cases, C100 may be a plurality of serially connected capacitors, and input / output coupling of f2 may be performed as C102 from any connected node. This is the scope of the design.

要は、ゴーストの発現理由で説明したように、図5で示すC6*やC4*なる並列共振の条件を作らないことが重要である。   In short, it is important not to create a parallel resonance condition such as C6 * or C4 * shown in FIG.

また、分離回路は一般的な総称であり、これまで述べてきたような種々のリアクタンス回路で構成されていることは言うまでもない。   Further, it is needless to say that the separation circuit is a general generic name and is composed of various reactance circuits as described above.

図15で説明したゴーストは、C6*相当容量とC4*相当容量が直列連結されることで、存在しなくなるか、または極めて小さな値の浮遊容量で共振する合成周波数を形成することによって、はるか高域の周波数、つまり本願がターゲットとして考慮している周波数範囲からまったく関係しない高域領域へシフトすることになり、LF(31P)への影響がなくなる。 The ghost described in FIG. 15 has a C6 * equivalent capacity and a C4 * equivalent capacity connected in series so that it does not exist or forms a composite frequency that resonates with a very small value of stray capacitance. The frequency of the region, that is, the frequency range considered as a target by the present application is shifted to a high region that is completely unrelated, and the influence on LF ( 31 P) is eliminated.

この回路の動作は次の通りである。C100は、図4の従来技術におけるC4とC6に相当する容量をそのまま直列に連結した値にほぼ近い値とすることができる。この例では、C4とC6の直列容量なので、C100≒C4×C6/(C4+C6)なる合成容量と考えれば良い。   The operation of this circuit is as follows. C100 can be set to a value substantially close to a value obtained by connecting capacitors corresponding to C4 and C6 in the prior art of FIG. In this example, since the series capacitance of C4 and C6, it can be considered as a combined capacitance of C100≈C4 × C6 / (C4 + C6).

図18は、本実施例の回路でのSパラ特性をネットワーク仕様により表わしたものである。f1(HF:この場合は1H核)、f2(ロック:この場合は2D核)、f4(LF:この場合は31P核)としたときの、3モード周波数の周波数特性である。図9、図10、図11に示すようなゴーストはもはや存在しない。 FIG. 18 shows the S-para characteristic in the circuit of the present embodiment by network specifications. f1 (HF: 1 in this case H nuclei), f2 (Rock: In this case 2 D nucleus), f4: when the (LF in this case 31 P nuclei), the frequency characteristic of the 3 mode frequency. Ghosts such as those shown in FIGS. 9, 10, and 11 no longer exist.

端的な例として、HL側の同調を図11のように19F核の共鳴周波数まで変えてみる。図11では、ゴーストが250MHz付近までシフトし、31P核の共鳴周波数243MHzに近接干渉を起こし、2つの周波数が双峰になって著しく性能を低下させていたが、図19に示すように、本実施例ではまったく干渉していない。そのため、LF側の性能は、100%保証される。つまり、装置感度をスポイルすることはないと言える。同時に、パルス幅も著しく長くなることはない。 As a simple example, let us change the tuning on the HL side to the resonance frequency of the 19 F nucleus as shown in FIG. In FIG. 11, the ghost shifts to around 250 MHz, causing proximity interference at the resonance frequency 243 MHz of the 31 P nucleus, and the two frequencies are double-peaked. In this embodiment, there is no interference. Therefore, the performance on the LF side is guaranteed 100%. That is, it can be said that the device sensitivity is not spoiled. At the same time, the pulse width does not increase significantly.

図20は、本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。本実施例は、HF回路内の平衡共振回路を構成する容量のうち、一方がグランドに対して明確に容量により接地されていない場合である。これは、浮遊容量でグランドに接地している。   FIG. 20 shows another embodiment of the NMR detector according to the present invention. In this embodiment, one of the capacitors constituting the balanced resonant circuit in the HF circuit is not clearly grounded by the capacitor with respect to the ground. This is a stray capacitance and is grounded.

図21は、本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。本実施例は、実施例1の中で述べた変形例を具体的に記述したものである。   FIG. 21 shows another embodiment of the NMR detector according to the present invention. The present embodiment specifically describes the modification described in the first embodiment.

図22は、本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。本実施例も、実施例1の中で述べた変形例を具体的に記述したものである。   FIG. 22 shows another embodiment of the NMR detector according to the present invention. The present embodiment also specifically describes the modification described in the first embodiment.

図23は、本発明にかかるNMR検出器の別の実施例である。本実施例は、LF側とHF/ロック側のクロストークにより、プローブ端子と外部につながるケーブルやフィルターなどの回路のインピーダンス条件によってNMR検出器側の回路インピーダンスが変化して、性能が低下する場合などに備えて、例としてフィルター回路を付加した例である。   FIG. 23 shows another embodiment of the NMR detector according to the present invention. In this embodiment, the circuit impedance on the NMR detector side changes due to the impedance condition of the circuit such as a cable or a filter connected to the probe terminal and the outside due to crosstalk between the LF side and the HF / lock side, and the performance deteriorates. For example, a filter circuit is added as an example.

インピーダンスの変化が著しい場合などでは、NMR検出器内の所定の場所に固定の抵抗R100などを入れて、インピーダンスを維持する場合もある。R100では、例として、システムインピーダンス50Ωに設定する場合もある。   When the impedance change is significant, the impedance may be maintained by inserting a fixed resistor R100 or the like at a predetermined location in the NMR detector. In R100, for example, the system impedance may be set to 50Ω.

本実施例は、実施例1〜5までの目的で付加される容量デバイスに、誘導デバイスが付加されたり、波長共振器が付加されたりする場合があり、その変形例について一言述べたものである。   In the present embodiment, an inductive device or a wavelength resonator may be added to the capacitive device added for the purposes of the first to fifth embodiments. is there.

本発明のLF側は、メインではないので、一例の平衡回路形式しか示していないが、不平衡回路や、すでに図7で開示した三重同調回路を含むものであっても良い。   Since the LF side of the present invention is not main, only an example of a balanced circuit form is shown, but an unbalanced circuit or a triple tuning circuit already disclosed in FIG. 7 may be included.

多重共鳴のNMR検出器に広く利用できる。   Widely applicable to multiple resonance NMR detectors.

Claims (3)

サンプルコイルL1、該L1の両端を結ぶ第1の容量素子C0、および該L1の両端をそれぞれ接地するほぼ同容量の容量素子C2、C3からなり、
水素核(1H核)やフッ素核(19F核)などの高い共鳴周波数を持つ観測核を共鳴させるための第1の高周波HFと、重水素核(2D核)の共鳴周波数である第2の高周波(ロック周波数)に対して、2重同調できる平衡共振回路を構成し、
前記HFは前記L1の一端に接続されたポートから入出力されるNMR検出器において、
前記平衡共振回路のロック周波数に共振する部分は、
前記L1の両端に接続されてロック周波数共振回路にインダクタンス成分を提供すると共に、前記L1に接続された端部とは反対側の端部がロック周波数入出力ポートに接続されて該ロック周波数入出力ポートへの前記HFの進入を遮断する分離回路DCPL1、DCPL2と、
該DCPL1、DCPL2のL1側接続端とは反対側の端部を互いに結ぶ容量素子C100と、
を備え、
該DCPL1、DCPL2のL1側接続端とは反対側の端部は、接地電位から浮いていることを特徴とするNMR共振器。
The sample coil L1, the first capacitive element C0 connecting both ends of the L1, and the capacitive elements C2 and C3 having substantially the same capacitance each grounding both ends of the L1,
The first high-frequency HF for resonating an observation nucleus having a high resonance frequency such as a hydrogen nucleus ( 1 H nucleus) or a fluorine nucleus ( 19 F nucleus) and the resonance frequency of a deuterium nucleus ( 2 D nucleus) Construct a balanced resonant circuit that can be double-tuned for two high frequencies (lock frequency),
The HF is an NMR detector that is input and output from a port connected to one end of the L1,
The portion that resonates with the lock frequency of the balanced resonant circuit is:
Connected to both ends of the L1 to provide an inductance component to the lock frequency resonance circuit, and an end opposite to the end connected to the L1 is connected to the lock frequency input / output port to connect to the lock frequency input / output port. Separation circuits DCPL1, DCPL2 that block the entry of the HF into the port;
A capacitive element C100 that connects ends of the DCPL1 and DCPL2 opposite to the L1 side connection ends;
With
An NMR resonator characterized in that the end of the DCPL1 and DCPL2 opposite to the L1 side connection end is floating from the ground potential.
前記容量素子C100は、複数の容量素子から構成されていることを特徴とする請求項1記載のNMR検出器。 The NMR detector according to claim 1, wherein the capacitive element C100 includes a plurality of capacitive elements. 前記容量素子C100を構成している容量素子の一端からロック周波数を入出力させるようにしたことを特徴とする請求項1または2記載のNMR検出器。 3. The NMR detector according to claim 1, wherein a lock frequency is inputted / outputted from one end of the capacitive element constituting the capacitive element C100.
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