JP5549977B2 - Nmrプローブおよびnmr装置 - Google Patents
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1.1. 第1実施形態に係るNMRプローブ
まず、第1実施形態に係るNMRプローブについて説明する。図1(A)および図1(B)は、本実施形態に係るNMRプローブ100を模式的に示す斜視図である。図2は、NMRプローブ100を模式的に示すXY平面における断面図である。なお、図1(A)は、図2に示すA方向から見た斜視図であり、図1(B)は、図2に示すB方向から見た斜視図である。また、図1(A)および図1(B)では、第1筒体10、第2筒体20の各層20a,20b,20c、および試料Sの図示を省略している。
サンプルコイル30,40のインダクタンスL1,L2を、式(1)を満たすように設定することで、サンプルコイル30,40間の結合インダクタンスの制御を容易に行うことができる。
次に、第1実施形態に係るNMRプローブの実験例について、図面を参照しながら説明する。
まず、本実験例で用いたNMRプローブについて説明する。図8は、本実験例に係るNMRプローブを模式的に示すXY平面における断面図であり、図2に対応している。
次に、本実験例の結果について説明する。
次に、第1実施形態に係るNMRプローブの変形例について説明する。なお、本変形例において、本実施形態に係るNMRプローブ100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
まず、第1変形例に係るNMRプローブについて説明する。図10(A)および図10(B)は、本変形例に係るNMRプローブ200を模式的に示す斜視図である。なお、図10(A)および図10(B)では、第1筒体10、第2筒体20の各層20a,20b,20c、および試料Sの図示を省略している。
次に、第2変形例に係るNMRプローブについて説明する。図11は、本変形例に係るNMRプローブ300を模式的に示すXY平面における断面図である。図12は、本変形例に係るNMRプローブ300の構成を示す図である。
2.1. 第2実施形態に係るNMRプローブ
次に、第2実施形態に係るNMRプローブについて説明する。図13は、第2実施形態に係るNMRプローブ400を模式的に示すXY平面における断面図である。以下、第2実施形態に係るNMRプローブ400において、第1実施形態に係るNMRプローブ100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第2実施形態に係るNMRプローブの第1実験例について、図面を参照しながら説明する。
本実験例で用いたNMRプローブは、図8に示す第1実施形態に係る実験例で用いたNMRプローブと同様である。本実験例では、図8に示す角度θBを18.2°に固定し角度θAの値を変えて、角度θA−θBと第1サンプルコイル30のRF磁場のZ軸方向における均一度との相関を調べた。ここで、角度θBを18.2°としたのは、第1実施形態に係る実験例の結果、高いQ値かつ短いパルス幅が得られた角度のためである。本実験例では、励起パルスを90°パルス幅相当から180°、270°、360°、・・・、と一定間隔ごとに段階的に大きくしながらNMR信号を検出し、この検出されたNMR信号のスペクトル強度の減衰の程度からRF磁場のZ軸方向における均一度を評価した。なお、本実験例では、1H核について観測を行った。
図14は、角度θA−θBが18.2°のときのスペクトル強度を示すグラフである。図15は、角度θA−θBが27°のときのスペクトル強度を示すグラフである。横軸は、パルス幅であり、縦軸は、スペクトル強度である。図14および図15に示すように、パルス幅を段階的に大きくすると、スペクトル強度は減衰していく。図14に示す角度θA−θBが18.2°のときは、図15に示す角度θA−θBが27°のときと比べて、スペクトル強度が減衰する割合が小さい。図示はしないが、角度θA−θBが27°以外の他の角度のときと比べても同様に、角度θA−θBが18.2°のときは、スペクトル強度が減衰する割合が小さいという結果が得られた。
次に、第2実施形態に係るNMRプローブの第2実験例について、図面を参照しながら説明する。
本実験例で用いた第1実験例で用いたNMRプローブと同様である。本実験例では、試料Sを10Hzで回転(スピニング)させながら、角度θA−θBを第1実験例と同様に変えて、角度θA−θBと第1サンプルコイル30のRF磁場のラジアル方向(Z軸と直交する方向)における均一度との相関を調べた。ラジアル方向におけるRF磁場の均一度は、検出されたスペクトル(NMR信号)にRF磁場が不均一な際に得られるスピニングサイドバンドが出現するか否かで評価を行った。なお、本実験例では、1H核について観測を行った。
図16は、角度θA−θBが18.2°のときの1H核のスペクトルを示すグラフである。図17は、角度θA−θBが27°のときの1H核のスペクトルを示すグラフである。図16に示すように角度θA−θBが18.2°のときには、スピニングサイドバンドが現れない。しかしながら、図17に示す角度θA−θBが27°のときには、40Hz付近にスピニングサイドバンド(4次のスピニングバンド)が現れる。この4次のスピニングバンドは、ラジアル方向のRF磁場の不均一性に起因するものである。また、図示はしないが、角度θA−θBを18.2°よりもさらに小さくすると、ラジアル方向のRF磁場の不均一性に起因する2次のスピニングバンドが現れる。したがって、本実験例の結果、角度θA−θBが18.2°付近の角度は、4次のスピニングバンドも2次のスピニングバンドも出現しない角度であることがわかった。すなわち、角度θA−θBを18.2°としたときに、第1サンプルコイル30のRF磁場がラジアル方向において均一化されていることがわかった。
3.1. 第3実施形態に係るNMRプローブ
次に、第3実施形態に係るNMRプローブについて説明する。図18は、第3実施形態に係るNMRプローブ500を模式的に示す斜視図である。図19(A)は、第1サンプルコイル530を模式的に示す斜視図であり、図19(B)は、第2サンプルコイル540を模式的に示す斜視図である。図20は、NMRプローブ500を模式的に示すXY平面における断面図である。なお、図18では、第1筒体10、第2筒体20の各層20a,20b,20c、および試料Sの図示を省略している。
次に、第3実施形態に係るNMRプローブの変形例について説明する。図22は、本実施形態の変形例に係るNMRプローブ600を模式的に示す斜視図である。なお、図22では、第1筒体10、第2筒体20の各層20a,20b,20c、および試料Sの図示を省略している。以下、本変形例において、本実施形態に係るNMRプローブ500の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第4実施形態に係るNMR装置について説明する。図23は、NMR装置700を概略的に示す構成図である。
5デュプレクサ、6 前置増幅器、7 受信機、8 アナログ−デジタルデータ変換器、
9 制御コンピュータ、10 第1筒体、20,20−1,20−2 第2筒体、
20a 第1層、20b 第2層、20c 第3層、22,24,26 領域、
30 第1サンプルコイル、32,34 第1コイル、36 第1コイル部分、
37 第2コイル部分、38 接続コイル部分、40 第2サンプルコイル、
42,44 第2コイル、46 第3コイル部分、47 第4コイル部分、
48 接続コイル部分、50 第3サンプルコイル、100 NMRプローブ、
110 HF回路、120 LOCK回路、130 LF回路、
140,150 分離回路、200,300,400,500 NMRプローブ、
530 第1サンプルコイル、540 第2サンプルコイル、
600,700 NMRプローブ
Claims (9)
- 試料を収容し、Z軸を中心軸とする円筒状の筒体と、
前記試料中の第1の観測核に前記Z軸と直交するX軸の方向から高周波磁場を照射し、かつ前記試料中の前記第1の観測核から放射されるNMR信号を検出する第1サンプルコイルと、
前記試料中の前記第1の観測核と異なる第2の観測核に前記Z軸および前記X軸と直交するY軸の方向から高周波磁場を照射し、かつ前記試料中の前記第2の観測核から放射されるNMR信号を検出する第2サンプルコイルと、
を含み、
前記第1サンプルコイルは、前記筒体の内側および外側のうちの一方に、YZ平面に関して対称に配置された一対の第1コイルを有し、
前記第1コイルは、
前記Z軸の方向に延び、前記Z軸まわりに所定の幅を有する第1コイル部分と、
ZX平面に関して前記第1コイル部分と対称に前記Z軸の方向に延び、前記所定の幅を有する第2コイル部分と、
を有し、
XY平面において、前記第1コイル部分の前記第2コイル部分側の端部と前記第2コイル部分の前記第1コイル部分側の端部とが前記Z軸まわりでなす角度が、90°であり、前記所定の幅が前記Z軸まわりでなす角度が、27°であり、
前記第2サンプルコイルは、前記筒体の内側および外側のうちの他方に、前記ZX平面に関して対称に配置された一対の第2コイルを有し、
前記第2コイルは、
前記Z軸の方向に延び、前記第2コイルの内縁の一部を規定する第3コイル部分と、
前記YZ平面に関して前記第3コイル部分と対称に前記Z軸の方向に延び、前記第2コイルの内縁の一部を規定する第4コイル部分と、
を有し、
前記XY平面において、前記第3コイル部分と前記第4コイル部分とが前記Z軸まわりでなす角度は、90°であり、
前記筒体は、誘電体であり、
前記第1サンプルコイルのインダクタンスL1と、前記第2サンプルコイルのインダクタンスL2とは、1/10≦L1/L2≦1/4の関係を満たす、NMRプローブ。 - 試料を収容し、Z軸を中心軸とする円筒状の筒体と、
前記試料中の第1の観測核に前記Z軸と直交するX軸の方向から高周波磁場を照射し、かつ前記試料中の前記第1の観測核から放射されるNMR信号を検出する第1サンプルコイルと、
前記試料中の前記第1の観測核と異なる第2の観測核に前記Z軸および前記X軸と直交するY軸の方向から高周波磁場を照射し、かつ前記試料中の前記第2の観測核から放射されるNMR信号を検出する第2サンプルコイルと、
を含み、
前記第1サンプルコイルは、前記筒体の内側および外側のうちの一方に、YZ平面に関して対称に配置された一対の第1コイルを有し、
前記第1コイルは、
前記Z軸の方向に延び、前記Z軸まわりに所定の幅を有する第1コイル部分と、
ZX平面に関して前記第1コイル部分と対称に前記Z軸の方向に延び、前記所定の幅を有する第2コイル部分と、
を有し、
XY平面において、前記第1コイル部分の前記第2コイル部分側の端部と前記第2コイル部分の前記第1コイル部分側の端部とが前記Z軸まわりでなす角度が、108°であり、前記所定の幅が前記Z軸まわりでなす角度が、18°であり、
前記第2サンプルコイルは、前記筒体の内側および外側のうちの他方に、前記ZX平面に関して対称に配置された一対の第2コイルを有し、
前記第2コイルは、
前記Z軸の方向に延び、前記第2コイルの内縁の一部を規定する第3コイル部分と、
前記YZ平面に関して前記第3コイル部分と対称に前記Z軸の方向に延び、前記第2コイルの内縁の一部を規定する第4コイル部分と、
を有し、
前記XY平面において、前記第3コイル部分と前記第4コイル部分とが前記Z軸まわりでなす角度は、90°であり、
前記筒体は、誘電体であり、
前記第1サンプルコイルのインダクタンスL1と、前記第2サンプルコイルのインダクタンスL2とは、1/10≦L1/L2≦1/4の関係を満たす、NMRプローブ。 - 請求項1または2において、
前記筒体は、比誘電率が互いに異なる少なくとも2つの領域を有している、NMRプローブ。 - 請求項3において、
前記筒体は、前記第1サンプルコイルおよび前記第2サンプルコイルと独立して前記Z軸まわりに回転可能に形成されている、NMRプローブ。 - 請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記筒体は、前記Z軸と直交するラジアル方向に積層された、比誘電率が互いに異なる複数の層を含んで構成されている、NMRプローブ。 - 請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記筒体は、前記第1サンプルコイルおよび前記第2サンプルコイルと独立して交換可能に形成されている、NMRプローブ。 - 請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記筒体の外側に形成されたNMRロックのための第3サンプルコイルをさらに含み、
前記Z軸と前記第3サンプルコイルとの間の距離Dと、前記筒体の外側に形成された前記第1サンプルコイルまたは前記第2サンプルコイルと前記Z軸との間の距離dとは、D≧2×dの関係を満たす、NMRプローブ。 - 請求項1ないし7のいずれか1項において、
前記第1サンプルコイルの前記高周波磁場の周波数は、19F核の共鳴周波数以上であり、
前記第2サンプルコイルの前記高周波磁場の周波数は、19F核の共鳴周波数未満である、NMRプローブ。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載のNMRプローブを含む、NMR装置。
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