JP5594475B2 - Nmrプローブ - Google Patents
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Description
本発明の構成を説明する前に、本発明の前提となる要件について説明する。
A.この発明は、主として、最重要な核種である13C核をアンカー(固定)として、C−Xなる、異なる2核の同時共鳴を目指している。このため、想定しているそれ相応のサンプルコイルのインダクタンスは、60nH前後から数百nHの範囲にある。拡張した適用範囲としては、1H核をアンカーとしたH−Xhighも可能で、その場合のサンプルコイルのインダクタンス範囲は、13C核と1H核の相対周波数範囲が4倍であることから、相当するインダクタンス範囲は、13Cの場合の4の二乗分の1、つまり16分の1にあればよいことになる。
B.2モードデュアル共振回路動作で両者の周波数がほぼ無反射で回路に結合するために要求される分離回路のLdcplコイルの特性は図17に示すようなものとなる。図17はC−Xペアで良好な整合を維持し2モード共振回路を可能とするLdcplと周波数帯の相関を示したものである。サンプルコイルのインダクタンスLsは250nHのケースを示す。横軸は2モード時のXの周波数[MHz]、縦軸は分離回路用インダクタLdcplのインダクタンス[nH]である。この特性図は、共鳴周波数をある値にとったときに、LC共振回路のインダクタンスとしてどれ位の値のものを用いればよいかを示している。
C.同様に、2モードデュアル共振回路動作で両者の周波数がほぼ無反射で回路に結合するために要求される構成回路の主容量デバイスの特性は図18に示すような特性を満足させる必要がある。図18はC−Xモードでの主要容量デバイスの相関を示す図である。横軸は2モード時のXの周波数[MHz]、縦軸は容量デバイスの値[pF]である。これら特性を示す各回路の構成要素は図19に示すものとなる。即ち、2モード時におけるXの周波数に対応する容量デバイスの容量が幾つになるかを示している。即ち図19に示す回路のコンデンサ及びバリコンの周波数に示す容量特性が図18に示すようになるということである。
D.このような条件を満足する回路形成で得られる本発明回路での効率評価結果は図20に示すようなものとなる。図20は1端子2モード(C−X)共振回路の周波数特性を示す図である。回路効率と回路のQが縦軸、横軸が周波数[MHz]である。アンカーの13Cの効率とゲストのX効率は周波数特性では相補的、すなわちトレードオフの関係になる。
E.回路動作を保証するシステムインピーダンスが正常にとれている場合は、回路のQは、シングルチューニング時のそれと2モードデュアル同時並立時のそれは、大きな乖離を生まない。これにより両者周波数が同時に整合がとれているか判定できる。以下にその成果を示す。図21は、1端子2モード(C−X)共振回路の周波数特性を示す図である。横軸は共振周波数[MHz]、縦軸はそれぞれの場合の回路のQと回路Qの比を示す。回路Qの比をみると、1割以内に収まっているので、かなりの整合性が見てとれる。
[実施例1]
図1は実施例1の構成例を示す回路図である。図1において、C10はチューニング用コンデンサ、L10はコンデンサC10の一端と接続されたインダクタンス可変のインダクタ、C11は該インダクタL10と並列接続された容量可変のコンデンサである。インダクタL10とコンデンサC11とで分離回路を構成する。この分離回路は、インダクタL10とコンデンサC11とで構成され、インダクタンスを逐次変え、並列配置のコンデンサC11と協調しながら所望の周波数割当て(C−X:13C核とそれ以外の核種のNMR周波数)のそれぞれの周波数の回路効率を最適に保つようにその共振周波数を制御するようになっている。このために、インダクタL10のインダクタンスとコンデンサC11の容量は可変できるようにし、共振周波数を可変できるようになっている。
この実施例の発明によれば、前記分離回路のインダクタンスを所定の範囲になるように設定することにより、共振回路を最適に設定することができる。
ただし、f(X)>f(13C)の場合
nearly1MHz<|f(13C)−f(dcpl)|<nearly3MHz
ただし、f(X)<f(13C)の場合
この分離回路のLC共振周波数が所定の範囲になるようにすることで、共振回路を最適に設定することができる。
[実施例2]
図3は実施例2の構成例を示す回路図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施例は、入出力端子を更に一つ設けてJ12とし、J12からf2(f2=f(X))の高周波を入力するようにしたものである。元の入出力端子J10からはf1(=f(13C))の高周波を入力するようにしている。C15はマッチング用コンデンサとして分離回路の一端と入出力端子J12間に接続されている。この場合、NMR信号は、それぞれの端子J10,J12から取り出される。即ち、f1は端子J10から、f2は端子J12から取り出される。
1)本発明により容易にC−X測定が可能な装置及び測定方法を提供することができる。
2)本発明によれば、X核としてカバーできる周波数範囲が飛躍的に延び、且つ無反射で2信号を検出器に導入できるので、感度及び照射効率が向上する。
3)本発明で最適設計値を開示しているので、類似回路構成にこの設計値を利用することで、Qが極めて良好な回路を提供することができる。
4)一つのサンプルコイルに2モードを導入できるので、分解能を一義的に決定することができる。
C12 コンデンサ
C13 コンデンサ
C11 可変コンデンサ
C14 可変コンデンサ
L10 可変インダクタ
L11 サンプルコイル
J10 入出力端子
Claims (7)
- 被検試料に高周波を照射するためのNMRプローブ用サンプルコイルと、
その一端が該NMRプローブ用サンプルコイルの一方のノードに接続されるLC並列回路からなる分離回路と、
その一端が該分離回路の他端に接続され、他端がグランドに接地された第1の容量デバイスと、
その一端が前記NMRプローブ用サンプルコイルの一方のノードに接続され、他端が接地された第2の容量デバイスと、
その一端が前記NMRプローブ用サンプルコイルの他方のノードに接続され、他端が接地された第3の容量デバイスと、
その一端が同じく前記NMRプローブ用サンプルコイルの他方のノードに接続され、他端が外部入出力端子と接続されるマッチング用の第4の容量デバイスと、
を有し、該外部入出力端子から周波数の異なる2種類の高周波を同時に注入し、共振させるように構成されるNMRプローブであって、
前記分離回路は、インダクタンス可変のインダクタとこれに並列に接続されたキャパシタンス可変の容量デバイスとで構成され、これらインダクタと容量デバイスと協調しながら前記2種類の高周波に関する所望の周波数割当てのそれぞれの周波数の回路効率を最適に保つようにその共振周波数が制御されることを特徴とするNMRプローブ。 - 前記分離回路のインダクタのインダクタンスと容量デバイスのキャパシタンスを外部からのリモート信号により可変できるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のNMRプローブ。
- 前記分離回路のインダクタは手動で所望ステップに応じた値になるように調整するか、外部リモート制御信号を受けてその指示に従って予め準備されたメニュー通りに動作し、同様に前記分離回路の容量デバイスも所望ステップに応じた値に手動又はリモート制御で設定されることを特徴とする請求項1又は2記載のNMRプローブ。
- 前記分離回路のインダクタのインダクタンスLxの範囲は、前記サンプルコイルのインダクタンスをLsとして、以下の範囲であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のNMRプローブ。
(1/3)Ls<Lx<nearly Ls - 前記分離回路用の容量デバイスCdcplは、所望のX周波数に対する選ばれたインダクタンスLxについてその並列時のLC共振周波数fdcplが以下の範囲であることを特徴とする請求項3記載のNMRプローブ。
nearly1MHz<|f(X)−f(dcpl)|<5〜8MHz
ただし、f(X)>f(13C)の場合
nearly1MHz<|f(13C)−f(dcpl)|<nearly3MHz
ただし、f(X)<f(13C)の場合 - 前記分離回路のインダクタのインダクタンスの調整は、予め形成されたインダクタを摺動機構を有するシャント端子が前記インダクタの任意の位置に圧接することにより行なうことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のNMRプローブ。
- 前記分離回路の同時共振周波数及びそのカバー範囲は、当該NMRプローブの一つの入出力端子からその回路に作用し、両者の周波数はほぼ無反射で回路に結合していることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のNMRプローブ。
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