JP5939484B2 - NMR probe device - Google Patents

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Description

本発明は核磁気共鳴(NMR)測定におけるNMRプローブ装置、NMR試料管およびパルスNMR測定方法の分野に属する。

The present invention is in the nuclear magnetic resonance (NMR) measurements in the field of NMR probe apparatus, NMR sample tubes and pulsed NMR measurement method.

NMR測定は、例えば非特許文献1で公知なように、静磁場(B0)中に置かれた試料の原子核と高周波磁場(B1)との相互作用を測定することにより、被測定物である試料の構造等に関する情報を得るために行われる。B1はB0に対して直角の方向に印加される。測定は、測定コイルにより生成する高周波磁場を試料に印加し、その応答を観測することにより行われる。試料は、試料管と呼ばれる試料容器に収納され、測定コイルの内部の空間に設定される。
NMRプローブ装置は、測定コイル、共振器、整合器等から構成されており、試料を静磁場の中心近傍の所定の位置に設定し、NMR測定を行うのに用いられる。NMRプローブ装置は、磁場発生装置と機械的に接続され、また同時に、NMR分光計と電気的に接続され、NMR測定が行われる。
For example, as is well known in Non-Patent Document 1, NMR measurement is performed by measuring the interaction between a nucleus of a sample placed in a static magnetic field (B0) and a high-frequency magnetic field (B1), thereby being a sample to be measured. This is done in order to obtain information on the structure etc. B1 is applied in a direction perpendicular to B0. Measurement is performed by applying a high-frequency magnetic field generated by a measuring coil to the sample and observing the response. The sample is stored in a sample container called a sample tube, and is set in a space inside the measurement coil.
The NMR probe apparatus includes a measurement coil, a resonator, a matching unit, and the like, and is used to perform NMR measurement by setting a sample at a predetermined position near the center of a static magnetic field. The NMR probe device is mechanically connected to the magnetic field generator, and at the same time, electrically connected to the NMR spectrometer, and NMR measurement is performed.

一般に、固体試料を測定対象とする固体NMR測定では、試料に大きな強度の高周波磁場を印加する必要があるので、測定コイルとして効率の良いソレノイド型コイルが用いられる。
図1には、このような固体NMR測定の一つである固体広幅NMR測定で一般的に用いられるプローブ装置における、測定コイルの近傍の構造が図示されている。座標系は、静磁場B0の中心を原点とする、XYZ直交座標系を採用し、静磁場B0の方向をZ軸としている。なお、特に説明しない構成要素については図示していない。
In general, in solid state NMR measurement using a solid sample as a measurement object, it is necessary to apply a high-intensity high-frequency magnetic field to the sample. Therefore, an efficient solenoid coil is used as a measurement coil.
FIG. 1 shows a structure in the vicinity of a measurement coil in a probe apparatus generally used in solid-state wide NMR measurement, which is one of such solid-state NMR measurements. The coordinate system employs an XYZ orthogonal coordinate system with the center of the static magnetic field B0 as the origin, and the direction of the static magnetic field B0 is the Z axis. Note that components not specifically described are not shown.

ソレノイド型の測定コイル10は、その中心が原点(静磁場B0の中心)となるように設置されている。測定コイル10の中心軸は、静磁場B0に対して直交するXY平面上に設定されるが、この場合は特にX軸上に設定されている。測定コイルの中心軸とは、測定コイルに電流を流したときに測定コイルの内部に発生する、概円柱形状の磁場の中心軸のことであり、ソレノイド型のコイルにおいては、コイルの形状を円筒で近似的に表した場合の円筒の中心軸のことである。測定コイル10が発生する高周波磁場B1は測定コイルの中心軸に沿った方向、すなわちX軸の方向を向く。円筒状の試料管筐体30は測定コイル10と同軸上に設置されており、試料はその中心が原点に位置するように、試料管筐体30内部の空間に収納される。試料管筐体30は軸方向に開口部をもち、その開口部は、蓋40で封鎖される。 The solenoid type measurement coil 10 is installed such that its center is the origin (center of the static magnetic field B0). The central axis of the measuring coil 10 is set on the XY plane orthogonal to the static magnetic field B0. In this case, the central axis is particularly set on the X axis. The central axis of the measuring coil is the central axis of the approximately cylindrical magnetic field generated inside the measuring coil when a current is passed through the measuring coil. In the case of a solenoid type coil, the shape of the coil is cylindrical. It is the central axis of the cylinder when expressed approximately by. The high-frequency magnetic field B1 generated by the measuring coil 10 is directed in the direction along the central axis of the measuring coil, that is, the X-axis direction. The cylindrical sample tube housing 30 is installed coaxially with the measurement coil 10, and the sample is stored in a space inside the sample tube housing 30 so that the center thereof is located at the origin. The sample tube housing 30 has an opening in the axial direction, and the opening is sealed with a lid 40.

用いられる静磁場の大きさは、一般に、1〜25Tであり、磁場発生装置としては超伝導磁石が一般的に用いられる。高周波磁場の周波数は、静磁場の大きさと測定対象の核種に依存して異なるが、一般的には10〜1000MHzである。 The magnitude of the static magnetic field used is generally 1 to 25 T, and a superconducting magnet is generally used as the magnetic field generator. The frequency of the high-frequency magnetic field varies depending on the magnitude of the static magnetic field and the nuclide to be measured, but is generally 10 to 1000 MHz.

パルスNMR法は、フーリエ変換型NMR(FT−NMR)法とも呼ばれ、高精度なNMRスペクトルが得られる方法として知られている。NMRスペクトルとは、NMR信号の強度(縦軸)を周波数(横軸)に対して表した図のことである。 The pulsed NMR method is also called a Fourier transform type NMR (FT-NMR) method, and is known as a method for obtaining a highly accurate NMR spectrum. The NMR spectrum is a diagram showing the intensity (vertical axis) of the NMR signal with respect to the frequency (horizontal axis).

パルスNMR測定におけるNMR測定は概ね次のように行われる。先ず、測定対象の原子の核スピンの共鳴周波数(ラーモア周波数)に概ね等しい周波数をもつ高周波磁場をパルス的に印加する。このようなパルス状の高周波磁場のことをパルス高周波磁場または励起パルスと呼ぶ。パルス高周波磁場とは、概ね一定の波高をもち短時間発せられるような、パルス状の強度をもつ(または、パルス状の包絡線をもつ)高周波磁場のことである。このパルス高周波磁場の印加は、測定コイル10を介して行われる。次に、試料から生じる、共鳴周波数と概ね等しい周波数の高周波磁場を観測する。測定する周波数の帯域は、共鳴周波数に対して概ね1/100000(10ppm)から1/500(2000ppm)の間であり、測定の目的に応じて設定される。この高周波磁場の観測は測定コイル10を介して行われる。このとき観測される高周波磁場は自由誘導減衰(FID)と呼ばれる。時間軸に沿って観測されたFID信号の大きさをフーリエ変換することにより、NMRスペクトルを得ることができる。 The NMR measurement in the pulsed NMR measurement is generally performed as follows. First, a high frequency magnetic field having a frequency substantially equal to the resonance frequency (Larmor frequency) of the nuclear spin of the atom to be measured is applied in a pulsed manner. Such a pulsed high-frequency magnetic field is called a pulsed high-frequency magnetic field or an excitation pulse. The pulsed high-frequency magnetic field is a high-frequency magnetic field having a pulse-like intensity (or having a pulse-like envelope) that has a substantially constant wave height and can be emitted for a short time. The application of the pulse high frequency magnetic field is performed via the measurement coil 10. Next, a high frequency magnetic field generated from the sample and having a frequency substantially equal to the resonance frequency is observed. The frequency band to be measured is approximately 1/10000 (10 ppm) to 1/500 (2000 ppm) with respect to the resonance frequency, and is set according to the purpose of the measurement. This high frequency magnetic field is observed through the measurement coil 10. The high-frequency magnetic field observed at this time is called free induction decay (FID). An NMR spectrum can be obtained by Fourier transforming the magnitude of the FID signal observed along the time axis.

試料の核スピンに対する励起強度は、印加する励起パルスの強度(大きさ)とパルス幅(時間的な長さ)との積で表される。得られるFIDの強度は、励起強度に対して正弦波的に振舞う。最大強度のFIDの得られる励起パルスのことを90度パルスと呼ぶ。
印加する励起パルスは、概ねそのパルス幅の逆数のオーダーの帯域幅をもち、その帯域幅の共鳴周波数をもつ原子核スピンを励起することができる。そのため、広い帯域のスペクトルを得たい場合、すなわち、広範囲のスピンを励起したい場合は、励起パルスの幅を狭くしなければならない。狭いパルス幅で、十分な励起強度を得るには、励起パルスの強度を大きくしなければならない。言い換えると、励起パルスの強度が大きければ、その大きさに反比例して、90度パルスのパルス幅は狭くなり、より広帯域の測定をすることができる。
The excitation intensity of the sample with respect to the nuclear spin is represented by the product of the intensity (magnitude) of the excitation pulse to be applied and the pulse width (time length). The intensity of the obtained FID behaves sinusoidally with respect to the excitation intensity. The excitation pulse that provides the maximum intensity FID is called a 90-degree pulse.
The excitation pulse to be applied has a bandwidth on the order of the reciprocal of its pulse width, and can excite a nuclear spin having a resonance frequency of that bandwidth. Therefore, when it is desired to obtain a broad spectrum, that is, to excite a wide range of spins, the width of the excitation pulse must be reduced. In order to obtain a sufficient excitation intensity with a narrow pulse width, the intensity of the excitation pulse must be increased. In other words, if the intensity of the excitation pulse is large, the pulse width of the 90-degree pulse becomes narrower in inverse proportion to the magnitude of the excitation pulse, and a wider band measurement can be performed.

一般に、固体NMRにおいては、溶液NMRの場合と較べて、スペクトルが広帯域に及ぶことが多い。このため、固体NMR測定においては、高強度な励起パルスが要求されることが多く、一般に、印加し得る励起パルスの最大強度は、大きければ大きいほど望ましい。 In general, solid NMR often has a broad spectrum compared to solution NMR. For this reason, in solid-state NMR measurement, a high-intensity excitation pulse is often required, and in general, the maximum intensity of the excitation pulse that can be applied is preferably as large as possible.

測定コイルは一般的にはコンデンサとインダクタとからなる共振器の一部を形成している。共振器は整合器を介して外部と電気的に通じている。高周波磁場の強度は、原理的には、共振器に外部から入力する高周波電力の大きさの平方根に比例する。共振器内部、特にコイルの両端には、入力された電力の平方根に比例して高い電圧が発生する。一般に、固体NMR用のプローブ装置において、この電圧は最大負荷のとき、千ボルト以上の高電圧に達する。入力する電力を大きくしていくと、或る閾値を境に共振器内部で電気的な放電が起こり、それ以上の電力は有効に作用しなくなる。すなわち、NMRプローブ内部装置で放電が起こっている状態では、入力した電力は高周波磁場の生成に寄与しなくなる。コイルで高周波磁場を生成するには、コイルに高周波の大電流を流さなくてはならないが、コイルはインダクタンスをもつので、必然的にコイル両端に高電圧を印加しなければならない。特定の高周波磁場強度を得るのに必要な電圧は測定コイルのインダクタンスに比例して大きくなる。 The measurement coil generally forms part of a resonator composed of a capacitor and an inductor. The resonator is in electrical communication with the outside through a matching unit. In principle, the strength of the high-frequency magnetic field is proportional to the square root of the magnitude of the high-frequency power input from the outside to the resonator. A high voltage is generated inside the resonator, particularly at both ends of the coil, in proportion to the square root of the input power. Generally, in a probe apparatus for solid-state NMR, this voltage reaches a high voltage of 1000 volts or more at the maximum load. As the input power is increased, electrical discharge occurs inside the resonator with a certain threshold as a boundary, and no more power acts effectively. That is, in a state where discharge is occurring in the NMR probe internal device, the input power does not contribute to the generation of the high frequency magnetic field. In order to generate a high-frequency magnetic field with a coil, a high-frequency high current must flow through the coil. However, since the coil has an inductance, a high voltage must be applied to both ends of the coil. The voltage required to obtain a specific high frequency magnetic field strength increases in proportion to the inductance of the measuring coil.

このように、パルスNMR測定において、NMRプローブ装置内部の放電等に起因して、励起パルスの強度には、そのNMRプローブ装置に固有の上限が存在する。よって、その励起パルスの強度の上限に対応した、90度パルス幅の下限が存在し、これは広帯域の測定に対して障害となっている。 As described above, in pulse NMR measurement, due to discharge in the NMR probe apparatus and the like, the intensity of the excitation pulse has an upper limit specific to the NMR probe apparatus. Therefore, there is a lower limit of 90 degree pulse width corresponding to the upper limit of the intensity of the excitation pulse, which is an obstacle to wideband measurement.

大きな強度の励起パルスへの要求は、上述の例に限らず、他のNMR測定法においても存在する。例えば、四極子核に対する固体MQMAS(多量子マジックアングルスピニング)測定においては、スペクトルの質は、四極子結合定数と静磁場B0の強度と高周波磁場B1の強度の関数で現され、静磁場B0と高周波磁場B1は大きければ大きいほど望ましい。 The demand for a high-intensity excitation pulse is not limited to the example described above, but also exists in other NMR measurement methods. For example, in solid MQMAS (multi-quantum magic angle spinning) measurement for a quadrupole nucleus, the spectral quality is expressed as a function of the quadrupole coupling constant, the strength of the static magnetic field B0, and the strength of the high-frequency magnetic field B1, and the static magnetic field B0 The higher the high frequency magnetic field B1, the better.

一般に、NMR測定において、静磁場の大きさは大きいほど感度や分解能が向上して望ましい。核スピンの共鳴周波数は静磁場に比例するので、静磁場の強度が大きくなると、共鳴周波数も大きくなる。同じ測定コイルで同じ大きさのB1を発生するには、高い周波数になるほど、コイルの両端に加わる電圧は大きくなるので、放電等が起こり易くなる。   In general, in NMR measurement, the larger the static magnetic field, the better the sensitivity and resolution. Since the resonance frequency of the nuclear spin is proportional to the static magnetic field, the resonance frequency increases as the strength of the static magnetic field increases. In order to generate B1 of the same size with the same measurement coil, the higher the frequency, the greater the voltage applied to both ends of the coil, so that discharge or the like is more likely to occur.

近年、静磁場B0の発生源としては、21Tを超える強磁場を発生するNMR用の超伝導磁石が実用化され、従来NMRでの測定が困難でNMR測定の対象外であった核種にもNMR測定が行われるようになって来た。それに伴い、既存のNMRプローブ装置では高周波磁場B1強度が不足しており、強磁場の恩恵を受けきれないという問題が顕著になって来た。 In recent years, as a source of the static magnetic field B0, an NMR superconducting magnet that generates a strong magnetic field exceeding 21 T has been put into practical use. Measurement has come to be done. Along with this, the problem that the intensity of the high-frequency magnetic field B1 is insufficient in the existing NMR probe apparatus and the benefits of the strong magnetic field cannot be fully obtained has become remarkable.

大きな強度の高周波磁場を試料に印加するための方法の1つとして、例えば特許文献1に開示されるような、マイクロコイルの利用が提案されている。マイクロコイルとは、著しく小口径のコイルのことである。コイルの外形を小さくすれば、同時にインダクタンスも小さくなるので、同じ高周波磁場を得るために必要な電圧も小さくて良い。このような手法は、測定原理に照らして大変有効であるが、マイクロコイル専用のプローブ装置を準備しなければならないという欠点がある。小さなコイルを用いる以上、コイル内部の測定に用いることのできる容積も小さい。そのため、そのような専用のプローブ装置は、用途が著しく制限され、汎用性に乏しいという欠点をもつ。   As one of methods for applying a high-intensity high-frequency magnetic field to a sample, use of a microcoil as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. A microcoil is a coil with a remarkably small diameter. If the outer shape of the coil is reduced, the inductance is also reduced at the same time, so that the voltage required to obtain the same high-frequency magnetic field may be reduced. Such a method is very effective in light of the measurement principle, but has a drawback that a probe device dedicated to a microcoil must be prepared. Since a small coil is used, the volume that can be used for measurement inside the coil is also small. For this reason, such a dedicated probe device has the disadvantages that its application is remarkably limited and its versatility is poor.

特表2011−501196Special table 2011-501196

実験化学講座8「NMR・ESR」第5版、日本化学会編、(丸善、2006)Laboratory Chemistry Lecture 8 "NMR / ESR" 5th edition, The Chemical Society of Japan, (Maruzen, 2006)

本発明は、NMR測定において、既存のNMRプローブ装置と同様の形状の測定コイルを用い、より強度の大きい高周波磁場を試料に印加する手段を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide means for applying a higher-frequency high-frequency magnetic field to a sample using a measurement coil having the same shape as that of an existing NMR probe apparatus in NMR measurement.

このように、本発明は、既存のものと同様な形状の測定コイルを用いるため、既存のNMRプローブ装置に対して適用が可能であり、汎用性に富んでいることを特徴の1つとする。言い換えると、本発明のNMR測定方法は、既存のプローブ装置に本発明の構成要素を追加することによっても実施できる。また、本発明のNMRプローブ装置は、本発明に固有な構成要素を取り除くことにより、既存のNMRプローブ装置と同様に使用することができる。このため、NMR測定に関する既存の技術を有効に活用することができる。 As described above, the present invention uses a measurement coil having the same shape as that of an existing one, and thus can be applied to an existing NMR probe apparatus and is versatile. In other words, the NMR measurement method of the present invention can also be implemented by adding the components of the present invention to an existing probe apparatus. Further, the NMR probe apparatus of the present invention can be used in the same manner as an existing NMR probe apparatus by removing the constituent elements unique to the present invention. For this reason, the existing technique regarding NMR measurement can be utilized effectively.

高周波磁場を発生する測定コイルの内側に、外周面が大きな電気伝導度をもつ電気伝導体(電気良導体)で形成され、その内部への高周波磁場の侵入を遮蔽するような高周波磁場遮蔽器を設置する。前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って、一様な断面をもち、且つ、測定コイルの中心軸に対して回転対称な形状をもつことが望ましい。一様な断面をもつことにより、当該区間において、高周波磁場の強度が一定となる。また、回転対称な形状とすることにより、前断面内における、高周波磁場の均一度が向上する。試料は、前記測定コイルと前記高周波磁場遮蔽器の外周面との間の空間に設定される。
A high-frequency magnetic field shield is installed inside the measuring coil that generates a high-frequency magnetic field, and the outer peripheral surface is made of an electrical conductor (electrically good conductor) with high electrical conductivity and shields the penetration of the high-frequency magnetic field into the inside. To do. When the high-frequency magnetic field shield is cut along a plane perpendicular to the central axis while moving along the central axis of the measurement coil, the high-frequency magnetic field shield has a uniform cross section over at least the entire length of the measurement coil and is measured. It is desirable to have a rotationally symmetric shape with respect to the central axis of the coil. By having a uniform cross section, the strength of the high-frequency magnetic field is constant in the section. Further, by the rotation symmetric shape, before Symbol cross section, the uniformity of the RF magnetic field is improved. The sample is set in a space between the measurement coil and the outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield.

高周波磁場遮蔽器の外周面は、コイルの軸に垂直な切断面で切断した断面において、一定の面積を囲む閉曲線を形成する。高周波磁場遮蔽器の外周面とは、このような閉曲線の集合からなる面のことである。測定コイルが高周波磁場を発生すると、この外周面(断面における閉曲線)上には、電流が誘導される。この電流は、それが無ければ内部生じるであろう磁場を打ち消すような大きさをもつ。このような効果により、高周波磁場は遮蔽され、高周波遮蔽器の内部へは高周波磁場は浸入できない。一般に、高周波の電磁場は電気伝導体の内部には浸入できず、このことは表皮効果として広く知られている。 The outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield forms a closed curve surrounding a certain area in a cross section cut by a cut surface perpendicular to the axis of the coil. The outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield is a surface composed of a set of such closed curves. When the measuring coil generates a high-frequency magnetic field, a current is induced on the outer peripheral surface (closed curve in the cross section). This current has a magnitude that cancels the magnetic field that would otherwise be generated. Due to such an effect, the high frequency magnetic field is shielded, and the high frequency magnetic field cannot enter the inside of the high frequency shield. In general, a high frequency electromagnetic field cannot penetrate into an electrical conductor, which is widely known as the skin effect.

測定コイルに流れる電流が一定であれば、測定コイルの内部に生じる全磁束は一定であるが、高周波磁場遮蔽器の内部には浸入できないので、磁束は残余の空間に集中する。そのため残余の空間における高周波磁場の磁束密度は増大する。磁束密度が増大する残余の空間とは、測定コイルの内面と高周波磁場遮蔽器の外周面との間の空間である。本発明において、試料はこのような、高周波磁場の磁束密度が大きくなる空間に設定される。磁場強度の増大の大きさは、測定コイルの内部の断面積を測定コイルの内部の断面積と高周波磁場遮蔽器の断面積の差で除したものに比例する。このため、測定コイルの内部の断面積と高周波磁場遮蔽器の断面積は、切断面を測定コイルの中心軸に沿って移動した場合、少なくとも測定コイルの内部の試料が設定される範囲に亘って一様であることが望ましい。また、高周波磁場遮蔽器の断面の形状は測定コイルの中心軸に対して回転対称となるようにするのが望ましい。 If the current flowing through the measurement coil is constant, the total magnetic flux generated inside the measurement coil is constant, but the magnetic flux concentrates in the remaining space because it cannot penetrate into the high frequency magnetic field shield. Therefore, the magnetic flux density of the high frequency magnetic field in the remaining space increases. The remaining space where the magnetic flux density increases is a space between the inner surface of the measurement coil and the outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield. In the present invention, the sample is set in such a space where the magnetic flux density of the high-frequency magnetic field is increased. The magnitude of the increase in magnetic field strength is proportional to the cross-sectional area inside the measurement coil divided by the difference between the cross-sectional area inside the measurement coil and the cross-sectional area of the high-frequency magnetic field shield. For this reason, the cross-sectional area inside the measurement coil and the cross-sectional area of the high-frequency magnetic field shield are at least over the range in which the sample inside the measurement coil is set when the cut surface is moved along the central axis of the measurement coil. It is desirable to be uniform. Moreover, it is desirable that the cross-sectional shape of the high-frequency magnetic field shield be rotationally symmetric with respect to the central axis of the measurement coil.

高周波磁場遮蔽器の内部は電気的には良導体でも絶縁体でも構わないが、静磁場B0を乱さないことが要求される。静磁場B0が一様でないとNMRスペクトルの線形が悪化する。透磁率を周囲の環境(空気)に合わせ、静磁場B0の乱れを少なくするには、高周波磁場遮蔽器は肉薄の筒状の筐体からなり、外周面には電気良導体からなる薄膜が形成され、内部は空洞であることが望ましい。筒の外周面および内面の断面形状は、用いる高周波磁場遮蔽器が1つの場合は、円形が望ましい。このように構成された高周波磁場遮蔽器の、内部の空間には、測定対象の試料または試料と同じ透磁率をもつ物質を充填することができ、これにより、高周波磁場遮蔽器の透磁率を試料と一致させることは、さらに望ましい。内部の空間に設定された試料は、それ自体はNMRで観測されることはなく、NMR測定に直接的には関わらないが、高周波磁場遮蔽器の透磁率に変化をもたらし、これにより、静磁場の一様性を向上し、NMRスペクトルの線形の向上に寄与することができる。このように、高周波磁場遮蔽器の内部の空間には、目的に応じて適当な第2の試料を設定することにより、静磁場の一様性を向上することができる。また、高周波磁場遮蔽器の筐体と表面の薄膜の材質は、反磁性と常磁性とで磁化率が正負反対のものを組み合わせ、互いの磁化を打ち消すように選択することが望ましい。 The inside of the high-frequency magnetic field shield may be a good conductor or an insulator, but it is required not to disturb the static magnetic field B0. If the static magnetic field B0 is not uniform, the linearity of the NMR spectrum deteriorates. In order to adjust the permeability to the surrounding environment (air) and reduce the disturbance of the static magnetic field B0, the high-frequency magnetic field shield is made of a thin cylindrical casing, and a thin film made of a good electric conductor is formed on the outer peripheral surface. The interior is preferably a cavity. The cross-sectional shapes of the outer peripheral surface and the inner surface of the cylinder are preferably circular when one high-frequency magnetic field shield is used. The space inside the high-frequency magnetic field shield configured in this way can be filled with the sample to be measured or a material having the same magnetic permeability as the sample. Is more desirable. The sample set in the internal space is not observed by NMR itself and is not directly related to the NMR measurement, but causes a change in the permeability of the high-frequency magnetic field shield, thereby causing a static magnetic field. This can contribute to the improvement of the linearity of the NMR spectrum. Thus, the uniformity of the static magnetic field can be improved by setting an appropriate second sample in the space inside the high-frequency magnetic field shield according to the purpose. Moreover, it is desirable to select the materials of the high-frequency magnetic field shield case and the thin film on the surface so as to cancel each other's magnetization by combining diamagnetism and paramagnetism whose susceptibility is opposite.

測定コイルの内部には、複数の高周波磁場遮蔽器を設置することができる。この場合、複数の高周波磁場遮蔽器は相互の間に一定の間隙を設けて配置し、全体として、相互の間に一定の間隙を設け測定コイルの中心軸に対して回転対称となるように配置するのが望ましい。一定の間隔を設けるのは、近接効果により導体表面に抵抗が生じ、それにより系のQが低下するのを避けるためである。近接効果とは、近接した導体に高周波電流が流れるとき、相互の電流が干渉し、導体抵抗の見かけ上の増加をもたらす効果のことである。また、試料に一様な高周波磁場を印加するためには、試料は、測定コイルの中心軸に対して回転対称となるような形状に設定することが望ましい。 A plurality of high-frequency magnetic field shields can be installed inside the measurement coil. In this case, a plurality of high-frequency magnetic field shields are arranged with a certain gap between them, and as a whole, they are arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the central axis of the measuring coil with a certain gap between them. It is desirable to do. The reason why the constant interval is provided is to prevent a resistance from being generated on the conductor surface due to the proximity effect, thereby reducing the Q of the system. The proximity effect is an effect in which, when a high-frequency current flows through adjacent conductors, mutual currents interfere with each other, resulting in an apparent increase in conductor resistance. In order to apply a uniform high-frequency magnetic field to the sample, it is desirable to set the sample in a shape that is rotationally symmetric with respect to the central axis of the measurement coil.

測定コイルの内部に、複数の高周波磁場遮蔽器を設置する場合、測定コイルの中心軸近傍に、試料を設定するための円柱形状の空間を設け、複数の高周波磁場遮蔽器は、互いに一定の間隔を隔てて、その空間を取り囲むように設置すると良い。試料が粉末等の場合、薄い円筒形状の空間に試料を充填する作業には困難が伴う。一方、試料を収納する空間が円柱形状であれば、充填作業は容易である。 When a plurality of high-frequency magnetic field shields are installed inside the measurement coil, a cylindrical space for setting a sample is provided near the central axis of the measurement coil, and the plurality of high-frequency magnetic field shields are spaced apart from each other at a fixed interval. It is good to install so as to surround the space. When the sample is a powder or the like, it is difficult to fill the thin cylindrical space with the sample. On the other hand, if the space for storing the sample is a cylindrical shape, the filling operation is easy.

本発明はマジックアングルスピニング(MAS)法にも適用できる。この場合は、高周波磁場遮蔽器の外周の電気伝導体からなる薄膜が厚いと、MASの回転と静磁場との間の電磁的な相互作用により、MASの回転に悪影響を及ぼす。このため、前記薄膜の厚さは、表皮深さの3倍以下に設定することが望ましい。 The present invention can also be applied to the magic angle spinning (MAS) method. In this case, if the thin film made of the electrical conductor on the outer periphery of the high-frequency magnetic field shield is thick, the rotation of the MAS is adversely affected by the electromagnetic interaction between the rotation of the MAS and the static magnetic field. For this reason, it is desirable to set the thickness of the thin film to 3 times or less of the skin depth.

このように、本発明のパルスNMR測定方法は、測定コイルの内側に、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を設置し、前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定され、測定対象の原子の核スピンの共鳴周波数に概ね等しい周波数をもつ高周波磁場をパルス的に印加し、前記試料から生じる、前記共鳴周波数と概ね等しい周波数の高周波磁場であって、前記共鳴周波数に対して概ね1/100000(10ppm)から1/500(2000ppm)の間の周波数帯域で測定し、この観測される高周波磁場からNMRスペクトルを得るNMR測定方法において、前記測定コイルに高周波の大電流を流すと共に、測定コイルの内部の断面積を測定コイルの内部の断面積と高周波磁場遮蔽器の断面積の差で除したものに比例して磁場強度を増大させることを特徴する。
本発明のパルスNMR測定方法において、好ましくは、前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って、一様な断面をもつと共に、前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心に配置されるとよい。
Thus, in the pulse NMR measurement method of the present invention, the high-frequency magnetic field shield whose outer peripheral surface is made of an electric conductor is installed inside the measurement coil, and is inside the measurement coil and the high-frequency magnetic field shield. A sample is set in the outer space, and a high frequency magnetic field having a frequency approximately equal to the resonance frequency of the nuclear spin of the atom to be measured is applied in a pulsed manner. In the NMR measurement method, the measurement is performed in a frequency band of approximately 1/10000 (10 ppm) to 1/500 (2000 ppm) with respect to the resonance frequency, and an NMR spectrum is obtained from the observed high-frequency magnetic field. A high-frequency high current is passed through the coil, and the cross-sectional area inside the measurement coil Features that increase the magnetic field strength in proportion to a value obtained by dividing the difference of the product.
In the pulse NMR measurement method of the present invention, preferably, when the high-frequency magnetic field shield is moved along the central axis of the measurement coil and cut along a plane perpendicular to the central axis, at least over the entire length of the measurement coil. In addition, the high-frequency magnetic field shield has a uniform cross section and is preferably arranged at the center of the measurement coil.

本発明のNMRプローブ装置は、測定コイルと、当該測定コイルの内側に設置された、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有するNMRプローブ装置であって、前記高周波磁場遮蔽器は透磁率の小さい素材の表面に前記電気良導体の薄膜を形成したものからなり、前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されることを特徴とする。The NMR probe apparatus of the present invention is an NMR probe apparatus having a measurement coil and a high-frequency magnetic field shield that is installed inside the measurement coil and whose outer peripheral surface is made of an electric conductor, the high-frequency magnetic field shield being transparent. The thin film of the good electric conductor is formed on the surface of a material having a low magnetic susceptibility, and a sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield.
また、本発明のNMRプローブ装置は、測定コイルと、当該測定コイルの内側に設置された、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有するNMRプローブ装置であって、前記高周波磁場遮蔽器は、肉薄の筒状の筐体からなり、外周面には電気良導体からなる薄膜が形成され、前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されることを特徴とする。  The NMR probe apparatus of the present invention is an NMR probe apparatus having a measurement coil and a high-frequency magnetic field shield having an outer peripheral surface made of an electric conductor, which is installed inside the measurement coil. Consists of a thin cylindrical casing, a thin film made of a good electrical conductor is formed on the outer peripheral surface, and a sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield It is characterized by.
本発明のNMRプローブ装置において、好ましくは、前記高周波磁場遮蔽器の筐体とこの表面の薄膜の材質は、反磁性と常磁性とで磁化率が正負反対のものを組み合わせ、互いの磁化を打ち消すように選択されるとよい。  In the NMR probe apparatus according to the present invention, preferably, the housing of the high-frequency magnetic field shield and the material of the thin film on the surface combine diamagnetism and paramagnetism whose susceptibility is opposite to each other and cancel each other's magnetization. It is good to be selected as follows.
本発明のNMRプローブ装置において、好ましくは、薄膜は、その厚さdが表皮深さの少なくとも2倍以上であるとよい。  In the NMR probe apparatus of the present invention, the thin film preferably has a thickness d that is at least twice the skin depth.
ここで、表皮深さは、導体の透磁率はμ、導電率をσとし高周波磁場の周波数をfとすると、円周率をπとして、次式で求められる:  Here, the skin depth is obtained by the following equation, where μ is the permeability of the conductor, σ is the conductivity, and f is the frequency of the high-frequency magnetic field: π is the circumference.
[表皮深さ]=1/√(π f μσ)。    [Skin depth] = 1 / √ (π f μσ).
本発明のNMRプローブ装置において、好ましくは、薄膜は、その厚さdが表皮深さの少なくとも3倍以上であることよい。  In the NMR probe apparatus of the present invention, preferably, the thin film has a thickness d that is at least three times the skin depth.
を特徴とする請求項6に記載のNMRプローブ装置。The NMR probe apparatus according to claim 6.
本発明のNMRプローブ装置において、好ましくは、筒状の筐体は非電気伝導体よりなるとよい。  In the NMR probe apparatus of the present invention, the cylindrical housing is preferably made of a non-electric conductor.

また、本発明のNMRプローブ装置の一態様は、前記外周面の前記測定コイルの中心軸に垂直な切断面で切断したときの断面形状が、前記切断面を前記中心軸に沿って移動したとき、少なくとも測定コイルの全長に亘って、一様であるとよい。Further, according to one aspect of the NMR probe apparatus of the present invention, the cross-sectional shape when the outer peripheral surface is cut by a cutting plane perpendicular to the central axis of the measurement coil is moved along the central axis. It should be uniform over at least the entire length of the measuring coil.
また、本発明のNMRプローブ装置の一態様は、前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って、一様な断面をもつと共に、前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心に配置されるとよい。  Further, one aspect of the NMR probe apparatus of the present invention is that, when the high-frequency magnetic field shield is moved along the central axis of the measurement coil and cut along a plane perpendicular to the central axis, at least the entire length of the measurement coil. It is preferable that the high-frequency magnetic field shield has a uniform cross section and is arranged at the center of the measurement coil.

また、本発明NMRプローブ装置の一態様は、複数の前記高周波磁場遮蔽器が、前記測定コイルの中心軸上に設けられた円柱形状の空間の周囲を取り囲むように、前記測定コイルの中心軸に対して回転対称な配置で、互いに一定の間隔を隔てて設置され、前記円柱形状の空間に試料が設定されるとよい。
Also, one aspect of the NMR probe apparatus of the present invention is characterized in that the plurality of the high-frequency magnetic field shields surround the cylindrical space provided on the central axis of the measurement coil so that the central axis of the measurement coil It is preferable that the sample is set in the columnar space with a rotationally symmetric arrangement with a certain interval therebetween.

また、本発明NMRプローブ装置の一態様は、複数の前記高周波磁場遮蔽器が、前記測定コイルの中心軸近傍に設けられた板状の空間を挟むように、前記測定コイルの中心軸に対して回転対称な配置で、互いに一定の間隔を隔てて設置され、前記板状の空間に試料が設定されるとよい。
さらに、本発明のNMRプローブ装置は、パルスNMR測定に用いるNMRプローブ装置であって、測定コイルと、当該測定コイルの内側に設置された、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有し、前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定され、前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心に配置され、前記高周波磁場遮蔽器は、前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って一様な断面をもつことを特徴とする。
Further, one aspect of the NMR probe apparatus of the present invention is configured such that a plurality of the high-frequency magnetic field shields sandwich a plate-like space provided in the vicinity of the center axis of the measurement coil with respect to the center axis of the measurement coil. It is preferable that the sample is set in the plate-like space by being arranged in a rotationally symmetrical manner and spaced apart from each other.
Further, the NMR probe apparatus of the present invention is an NMR probe apparatus used for pulsed NMR measurement, and has a measurement coil and a high-frequency magnetic field shield having an outer peripheral surface made of an electric conductor, which is installed inside the measurement coil. A sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield, the high-frequency magnetic field shield is disposed at the center of the measurement coil, and the high-frequency magnetic field shield is the measurement When cut along a plane perpendicular to the central axis while moving along the central axis of the coil, it has a uniform cross section at least over the entire length of the measuring coil.

また、本発明のNMR試料管は、試料管筐体と、前記試料管筐体と同軸状に配置され、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有するNMR試料管であって、前記高周波磁場遮蔽器は透磁率の小さい素材の表面に前記電気良導体の薄膜を形成したものからなり、前記試料管筐体の内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されると共に、前記試料管筐体が測定コイルの中心部に同軸状に配置されるように前記測定コイルが設けられることを特徴とする。
Further, the NMR sample tube of the present invention is an NMR sample tube having a sample tube housing and a high-frequency magnetic field shield that is arranged coaxially with the sample tube housing and has an outer peripheral surface made of an electric conductor , The high-frequency magnetic field shield is formed by forming a thin film of the good electric conductor on the surface of a material having a low magnetic permeability, and a sample is set in a space inside the sample tube housing and outside the high-frequency magnetic field shield. with that, the sample tube housing, wherein the measuring coil to be disposed coaxially provided at the center of the measuring coil.

高強度の測定用励起パルスを印加することができるようになるので、NMRの測定範囲が広がった。 Since it became possible to apply a high-intensity measurement excitation pulse, the NMR measurement range was expanded.

従来技術における測定コイル近傍の斜視図Perspective view of the vicinity of the measuring coil in the prior art 従来技術における測定コイル近傍の縦断面図及び横断面図Longitudinal sectional view and transverse sectional view in the vicinity of the measuring coil in the prior art 実施例1における測定コイル近傍の縦断面図及び横断面図Longitudinal sectional view and transverse sectional view in the vicinity of the measuring coil in Example 1 実施例1における高周波磁場遮蔽器の断面図Sectional drawing of the high frequency magnetic field shield in Example 1 比較例1における測定コイル近傍の縦断面図及び横断面図Longitudinal sectional view and transverse sectional view in the vicinity of the measuring coil in Comparative Example 1 実施例1におけるNMR信号の励起パルス幅依存性Excitation pulse width dependence of NMR signal in Example 1 比較例1におけるNMR信号の励起パルス幅依存性Excitation pulse width dependence of NMR signal in Comparative Example 1 実施例2における測定コイル近傍の縦断面図及び横断面図Longitudinal sectional view and transverse sectional view in the vicinity of the measuring coil in Example 2 実施例3における測定コイル近傍の縦断面図及び横断面図Longitudinal sectional view and transverse sectional view in the vicinity of the measuring coil in Example 3

本発明の詳細な説明に先立って、従来技術についてさらに具体的に説明する。図2には、図1に示すような通常のソレノイド型の測定コイルを用いる固体広幅NMR用のプローブの測定コイル近傍を、さらに模式化したものを、断面図を用いて示している。ソレノイド型の測定コイル10は円筒で近似的に表されている。また、各々の構成要素に対する支持機構等については、図1と同様、図示を省略している。
測定コイルに電流が流れると測定コイル内部の円柱状の空間に概ね一様の磁場が発生するが、このようなソレノイド型のコイルは、その形状を円筒で近似し、電流を円筒の周に沿って一様に流れる電流で近似することができる。
Prior to the detailed description of the present invention, the prior art will be described more specifically. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a further schematic view of the vicinity of a measurement coil of a solid-state wide-band NMR probe using a normal solenoid type measurement coil as shown in FIG. The solenoid type measuring coil 10 is approximately represented by a cylinder. In addition, the support mechanism for each component is not shown as in FIG.
When a current flows through the measurement coil, a substantially uniform magnetic field is generated in the cylindrical space inside the measurement coil. Such a solenoid coil approximates its shape as a cylinder, and the current flows along the circumference of the cylinder. Can be approximated by the current flowing uniformly.

円筒形状の試料管筐体30はソレノイド型の測定コイル10の中心部に、両者の中心が概ね一致するようにして、同軸状に配置されている。静磁場B0の方向をZ軸とし、測定コイルの方向をX軸とする。高周波磁場B1は測定コイルの軸に平行に印加される。通常の直交座標系で、X、Y、Z軸を設定する。測定コイルの中心軸は、一般にはXY平面内にあればよいが、ここではX軸上に配置している。
図2(a)及び(b)はそれぞれ縦断面図及び横断面図であり、(a)上にBで示される面における断面図が(b)であり、(b)上にAで示される面における断面図が(a)である。
The cylindrical sample tube housing 30 is coaxially disposed at the center of the solenoid-type measurement coil 10 so that the centers of the two generally coincide. The direction of the static magnetic field B0 is the Z axis, and the direction of the measurement coil is the X axis. The high frequency magnetic field B1 is applied parallel to the axis of the measuring coil. Set the X, Y, and Z axes in the normal Cartesian coordinate system. The central axis of the measurement coil may generally be in the XY plane, but here it is arranged on the X axis.
2 (a) and 2 (b) are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view, respectively, and FIG. 2 (b) is a sectional view of the surface indicated by B on (a), and is indicated by A on (b). A sectional view of the surface is (a).

試料は試料管筐体30の内部に設けられた試料空間50に設定される。試料空間50は、測定コイル10と試料空間50の両者の中心が概ね一致するように配置される。測定に供される試料(被測定物)は試料空間50の内部に設定される。 The sample is set in a sample space 50 provided inside the sample tube housing 30. The sample space 50 is arranged so that the centers of both the measurement coil 10 and the sample space 50 are substantially coincident. A sample (object to be measured) to be measured is set inside the sample space 50.

測定コイル10は、高周波電気回路と接続されており、測定コイル10の両端には高周波の高電圧が印加され、それに応じて、測定コイル10内部には高周波の大電流が流れる。一般に測定コイルは共振器の一部を形成している。測定コイル10内部を流れる電流により、測定コイル10の軸(X軸)に平行な方向に高周波磁場B1が生じる。 The measurement coil 10 is connected to a high-frequency electric circuit, a high-frequency high voltage is applied to both ends of the measurement coil 10, and a high-frequency large current flows through the measurement coil 10 accordingly. In general, the measuring coil forms part of a resonator. A high-frequency magnetic field B <b> 1 is generated in a direction parallel to the axis (X axis) of the measurement coil 10 due to the current flowing through the measurement coil 10.

図2(c)は、横断面図において、高周波磁場に対して透過的な構造を消去した場合の図を示している。例えば試料管や試料は高周波磁場に対して概ね透過的であり、これらによる高周波磁場の吸収や反射は概ね1/100以下であり、無視できる。この場合、高周波磁場は測定コイル10内部全体に均一に発生する。すなわち、高周波磁場空間20は測定コイル10内部全体であり、その断面は図2(c)に示すように円形である。 FIG. 2C shows a diagram in which a structure transparent to a high-frequency magnetic field is erased in the cross-sectional view. For example, the sample tube and the sample are almost transparent to the high frequency magnetic field, and the absorption and reflection of the high frequency magnetic field by these is about 1/100 or less and can be ignored. In this case, the high frequency magnetic field is generated uniformly throughout the measuring coil 10. That is, the high frequency magnetic field space 20 is the entire inside of the measuring coil 10, and its cross section is circular as shown in FIG.

<実施例1>
図3には本発明の実施例1について、その実施の形態を示している。高周波磁場遮蔽器60は円筒形を為しており、測定コイル10と同軸上に、両者の中心が概ね一致するように配置されている。高周波磁場遮蔽器60の外周面は電気良導体である無酸素銅で作られている。高周波磁場遮蔽器60の外周面の材質は電気良導体ならばよく、銅の他に、金、銀、アルミニウム等を利用することができる。
<Example 1>
FIG. 3 shows an embodiment of the first embodiment of the present invention. The high-frequency magnetic field shield 60 has a cylindrical shape, and is arranged on the same axis as the measurement coil 10 so that the centers of the two generally coincide. The outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield 60 is made of oxygen-free copper which is a good electrical conductor. The material of the outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield 60 may be a good electrical conductor, and gold, silver, aluminum, etc. can be used in addition to copper.

試料は、試料管筐体30aの内面と高周波磁場遮蔽器60の外周面と蓋40aで囲まれた、円筒状の試料空間50aに設定される。 The sample is set in a cylindrical sample space 50a surrounded by the inner surface of the sample tube housing 30a, the outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield 60, and the lid 40a.

高周波磁場遮蔽器の内部62には測定すべき試料とは独立に任意の試料を収納することができる。蓋40a’は、高周波磁場遮蔽器の内部62に、何らかの試料を収納するときに用いるものであり、ここを空とする場合には、省略することができる。 An arbitrary sample can be stored in the inside 62 of the high-frequency magnetic shield independently of the sample to be measured. The lid 40a 'is used when any sample is stored in the inside 62 of the high-frequency magnetic field shield, and can be omitted if this is empty.

高周波磁場遮蔽器の動作原理は、高周波の電磁波がいわゆる表皮効果により導体の内部には侵入できないのと同等であるので、導体表面の伝導性が重要である。導体表面の高周波電流に対する電気抵抗が大きいと、共振器のQが減少し、測定感度等に悪影響を及ぼす。導体表面の電導性には、導体固有の伝導率以外にも、表面粗さ等が効いてくるので注意が必要である。高周波磁場遮蔽器60の外周面は電気良導体からなる滑らかな表面を有すことが望ましい。 The operating principle of the high-frequency magnetic shield is equivalent to the fact that high-frequency electromagnetic waves cannot enter the inside of the conductor due to the so-called skin effect, and therefore the conductivity of the conductor surface is important. If the electrical resistance to the high-frequency current on the conductor surface is large, the Q of the resonator decreases, which adversely affects measurement sensitivity and the like. In addition to the conductivity inherent to the conductor, surface roughness and the like are effective for the conductivity of the conductor surface, so care must be taken. The outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield 60 desirably has a smooth surface made of a good electrical conductor.

高周波磁場遮蔽器60はその外周面が電気良導体であれば良いので、任意の素材の上に、電気良導体の薄膜を形成したものとして構成される。図4には、このように形成された高周波磁場遮蔽器の断面が示されている。筒状のセラミクスからなる筐体61の表面には、電気良導体である銅の薄膜63が形成されている。NMR測定に用いる材質は、透磁率が小さい方が良いので、透磁率の小さい素材の表面に電気良導体の薄膜を形成することが望ましい。内部空間62を空洞とすることにより、高周波磁場遮蔽器全体の透磁率を、真空の透磁率に近づけることができる。 Since the outer peripheral surface of the high frequency magnetic field shield 60 only needs to be a good electric conductor, the high frequency magnetic field shield 60 is configured as a thin film of a good electric conductor formed on an arbitrary material. FIG. 4 shows a cross section of the high frequency magnetic field shield formed as described above. A copper thin film 63 that is a good electrical conductor is formed on the surface of a casing 61 made of cylindrical ceramics. Since the material used for NMR measurement should have a low magnetic permeability, it is desirable to form a thin film of a good electric conductor on the surface of a material having a low magnetic permeability. By making the internal space 62 hollow, the magnetic permeability of the entire high-frequency magnetic field shield can be brought close to the vacuum magnetic permeability.

薄膜の厚さdは、表皮深さの少なくとも2倍以上である必要がある。表皮深さは、導体の透磁率をμ導電率をσとし高周波磁場の周波数をfとすると、円周率をπとして、1 / √(π f μσ)で求められる。ここで、記号 √は平方根を表す。表皮深さは、金属に浸入する電磁場が1/e(但し、eは自然対数の底でe〜2.72)となる深さである。導体が銅の場合、温度を室温付近とすると、表皮深さは、測定周波数が100MHzのとき6.6μm、1GHzのとき2.1μmとなる。遮蔽器表面の電気伝導体の厚さdが表皮深さの2倍あれば概ね3/4遮蔽され、3倍以上あれば19/20以上遮蔽される。効果はこの遮蔽される割合が大きいほど大きく、この割合が概ね3/4以上であれば、有意な効果が得られる。このように、厚さdは、伝導体の材質と測定に用いる周波数とから求められる表皮深さに対して、少なくとも2倍、望ましくは3倍以上の厚みが必要である。測定周波数が900MHz程度であれば、dは7μm以上あれば十分であるといえる。 The thickness d of the thin film needs to be at least twice the skin depth. The skin depth is obtained by 1 / √ (π f μσ), where π is the circumference and π is the frequency of the high-frequency magnetic field, where μ is the conductivity of the conductor and σ is the frequency of the high-frequency magnetic field. Here, the symbol √ represents a square root. The skin depth is a depth at which the electromagnetic field penetrating the metal is 1 / e (where e is a natural logarithm base e to 2.72). When the conductor is copper and the temperature is around room temperature, the skin depth is 6.6 μm when the measurement frequency is 100 MHz and 2.1 μm when the measurement frequency is 1 GHz. If the thickness d of the electric conductor on the surface of the shield is twice the skin depth, it is shielded by about 3/4, and if it is more than 3 times, it is shielded by 19/20 or more. The effect becomes larger as the shielding ratio increases, and if this ratio is approximately 3/4 or more, a significant effect is obtained. Thus, the thickness d needs to be at least twice, preferably 3 times or more the skin depth determined from the material of the conductor and the frequency used for measurement. If the measurement frequency is about 900 MHz, it can be said that d is 7 μm or more.

高周波磁場は、遮蔽器60の内部には侵入できない。そのため、高周波磁場空間20aは図3(c)に示されるように、小さな断面内に制限される。コイルに流れる電流が同じであれば、コイル内部に生じる全磁束は同じであるが、それが小さな断面内に押し込められるので、磁束密度は大きくなる。このように高周波磁場の磁束密度は高周波磁場空間の断面積に反比例する。 The high frequency magnetic field cannot penetrate into the shield 60. Therefore, the high frequency magnetic field space 20a is limited to a small cross section as shown in FIG. If the current flowing through the coil is the same, the total magnetic flux generated inside the coil is the same, but it is pushed into a small cross section, so the magnetic flux density is increased. Thus, the magnetic flux density of the high frequency magnetic field is inversely proportional to the cross-sectional area of the high frequency magnetic field space.

実施例1の構成の性能について検証するため、比較例1として、図5に示すような構成の装置を作成した。図5は比較例1の装置の構造を示している。PTFE管70は電気絶縁体であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる筒であり、形状や設置方法等は実施例1における高周波磁場遮蔽器60と同じである。この場合、高周波磁場空間は図5(c)に示すようになり、これは従来技術の例である図2(c)と同じである。 In order to verify the performance of the configuration of Example 1, a device having a configuration as shown in FIG. FIG. 5 shows the structure of the apparatus of Comparative Example 1. The PTFE tube 70 is a cylinder made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which is an electrical insulator, and the shape, installation method, and the like are the same as those of the high-frequency magnetic field shield 60 in the first embodiment. In this case, the high-frequency magnetic field space is as shown in FIG. 5 (c), which is the same as FIG. 2 (c), which is an example of the prior art.

図6及び図7は、それぞれ、実施例1と比較例1の構成を用いて測定した、NMR信号の強度の励起パルス幅依存性を示している。具体的には、NMRスペクトルをシングルパルス法にて得るのに際し、励起パルスの幅を1μs毎に変化させつつ測定し、得られた信号のピーク部分を抜き出し、パルス幅の系列に従って書き出したものである。図で横軸はパルス幅であり、縦軸は信号強度である。測定コイルの内径は4.8mm、試料管の内径は3.5mm、高周波磁場遮蔽器60およびPTFE管70の外径はともに3.3mm、測定磁場は21.6Tであった。測定試料はエタノールであり、測定核は1H(プロトン)であり、測定周波数は概ね930MHzであった。プローブ装置に入力する高周波信号の振幅は一定にしてある。装置の分解能調整を十分に行っていなかったため、スペクトルの線形が良くないが、ここでは信号強度のパルス幅依存性について議論する。励起強度は振幅×パルス幅なので、この実験結果においては、励起強度はパルス幅に比例する。 6 and 7 show the excitation pulse width dependence of the intensity of the NMR signal measured using the configurations of Example 1 and Comparative Example 1, respectively. Specifically, when the NMR spectrum is obtained by the single pulse method, the excitation pulse width is measured while being changed every 1 μs, and the peak portion of the obtained signal is extracted and written according to the pulse width series. is there. In the figure, the horizontal axis represents the pulse width, and the vertical axis represents the signal intensity. The inner diameter of the measurement coil was 4.8 mm, the inner diameter of the sample tube was 3.5 mm, the outer diameters of the high-frequency magnetic field shield 60 and the PTFE tube 70 were 3.3 mm, and the measurement magnetic field was 21.6 T. The measurement sample was ethanol, the measurement nucleus was 1H (proton), and the measurement frequency was approximately 930 MHz. The amplitude of the high-frequency signal input to the probe device is constant. The spectral resolution is not good because the resolution of the apparatus has not been sufficiently adjusted. Here, the pulse width dependence of the signal intensity will be discussed. Since the excitation intensity is amplitude × pulse width, in this experimental result, the excitation intensity is proportional to the pulse width.

一般に、この種の実験において、信号強度はパルス幅に対して正弦波的に振る舞い、信号強度が一番大きくなるときのパルス幅のことを90度パルスと称する。また、振幅が初めに正から負へと変化しつつ0を過ぎる点を180度パルス、次に負から正へと変化しつつ0を過ぎる点を360度パルスと呼ぶ。90度パルスの幅は、360度パルスの幅の概ね1/4になる。90度パルスの幅が小さいほど、照射されている高周波磁場の強度は大きい。高周波磁場の強度は、90度パルスの幅に反比例する。 In general, in this type of experiment, the signal intensity behaves in a sinusoidal manner with respect to the pulse width, and the pulse width when the signal intensity is maximized is referred to as a 90-degree pulse. Also, a point where the amplitude first changes from positive to negative while passing 0 is called a 180-degree pulse, and a point where the amplitude changes from negative to positive while passing 0 is called a 360-degree pulse. The width of the 90 degree pulse is approximately 1/4 of the width of the 360 degree pulse. The smaller the width of the 90-degree pulse, the greater the intensity of the irradiated high-frequency magnetic field. The strength of the high frequency magnetic field is inversely proportional to the width of the 90 degree pulse.

図6より、実施例1における90度パルスの幅は2.8(±0.2)μsと読み取られる。また、図7より、比較例1における90度パルスの幅は6.5(±0.2)μsと読み取られる。このことから、実施例1と比較例1とで、磁場強度の比率は、2.3倍であるといえる。このように、実施例1において、高周波磁場の強度が著しく増大していることが判った。 From FIG. 6, the width of the 90-degree pulse in Example 1 is read as 2.8 (± 0.2) μs. From FIG. 7, the width of the 90-degree pulse in Comparative Example 1 is read as 6.5 (± 0.2) μs. From this, it can be said that the ratio of the magnetic field strength in Example 1 and Comparative Example 1 is 2.3 times. Thus, in Example 1, it turned out that the intensity | strength of a high frequency magnetic field is increasing remarkably.

なお、実施例1と比較例1との間の磁場強度比率は、両者の形状から計算した値1.9よりも有意に大きかった。これは、実施例1において、試料が高周波磁場遮蔽器の導体に密着していることにより、高周波磁場が効率的に試料に照射されていることによるものと考えられる。一般に、実在のソレノイド型コイルの軸に垂直な断面内において、コイルの中心部よりもコイルの巻線近傍の方が、磁場強度は大きい。 In addition, the magnetic field strength ratio between Example 1 and Comparative Example 1 was significantly larger than the value 1.9 calculated from both shapes. This is considered to be due to the fact that the sample is effectively irradiated with the high-frequency magnetic field because the sample is in close contact with the conductor of the high-frequency magnetic field shield in Example 1. In general, in the cross section perpendicular to the axis of an actual solenoid coil, the magnetic field strength is greater in the vicinity of the coil winding than in the center of the coil.

コイルに流れる電流は、空間的に離散的に配置された線状のコイル内を流れるので、磁場強度は空間的に不均一となる。一方、高周波磁場遮蔽器の外周面の導体表面に二次的に誘起されて流れる電流は、面全体に広がって流れるので、それにより生じる磁場の均一度が向上する。このため、本発明によると、スペクトルの線形や分解能の向上する。 Since the current flowing through the coil flows in a linear coil arranged spatially discretely, the magnetic field strength is spatially non-uniform. On the other hand, the current that is secondarily induced and flows on the conductor surface on the outer peripheral surface of the high-frequency magnetic field shield spreads and flows over the entire surface, thereby improving the uniformity of the generated magnetic field. For this reason, according to the present invention, the linearity and resolution of the spectrum are improved.

固体広幅NMR用のプローブ以外でも、例えば、固体マジックアングルスピニング(MAS)プローブも原理的に同等である。測定コイルの形状は鞍型コイルやスクロール巻型コイル等でも、発生する高周波磁場の形状に着目して本発明を適用すれば、同様に実施できる。測定対象の試料の態様は、原理的には、気体、液体、固体のどれでも構わない。
MASプローブの場合は測定コイルの軸はXY平面と概ね35.3度の角度で交わるが、この場合、測定コイルの発生する磁場のうちXY平面に射影される成分がB1として有効に働くことになる。
Other than the solid wide NMR probe, for example, a solid magic angle spinning (MAS) probe is theoretically equivalent. Even if the shape of the measuring coil is a saddle-type coil, a scroll-type coil, or the like, the present invention can be similarly implemented by paying attention to the shape of the generated high-frequency magnetic field. In principle, the sample to be measured may be any of gas, liquid, and solid.
In the case of the MAS probe, the axis of the measurement coil intersects with the XY plane at an angle of approximately 35.3 degrees. In this case, the component projected on the XY plane of the magnetic field generated by the measurement coil effectively works as B1. Become.

<実施例2>
高周波磁場遮蔽器の形状は実施例1のような円筒状に限らない。高周波磁場の浸入を排除するような断面をもち、残余の空間に試料を設定できれば良い。
本実施例の高周波磁場遮蔽器60bは、図8に示されるように、6個の部品(高周波磁場遮蔽器)を、回転対称となるように配置することにより構成されている。各部品の断面は、中心角60度の扇型から、円弧の中心付近を切り欠き、辺を削り取った形状をしている。円弧の中心付近を切り欠きにより、各部品は、中心軸近傍に設けられた試料を収納するための円柱形状の空間と接する。また、辺を削り取った分だけ、相互に離れて配置される。すなわち、本実施例の高周波磁場遮蔽器60bは、円筒を、その中心軸を通る面により、一定の切断シロを伴って、6等分割したときに得られる形状をしている。ここで切断シロとは、切断に伴って面と平行に削り取られる幅のことであり、例えば切断に砥石やノコ等の刃物を用いたときの刃物の幅に相当する。
これらの部品の表面は電気良導体で滑らかに形成されており、部品単体として、高周波磁場遮蔽器としての構成要件を満たしている。辺と辺との間の空間には、電気絶縁体であるエポキシ樹脂が充填されている。この場合の、高周波磁場空間20bは、図8(c)に示される。試料は中心近傍に設けられた、概円柱状の試料空間50bの内部に設定される。
円弧部分は、測定コイルに対して一定の距離を隔てて沿うような形状であることが望ましい。このような形状により、高周波磁場遮蔽器の断面積が可能な限り大きくすることができ、高周波磁場空間20bの断面積を可能な限り小さくすることができる。
<Example 2>
The shape of the high-frequency magnetic field shield is not limited to the cylindrical shape as in the first embodiment. It suffices to have a cross section that eliminates the intrusion of a high-frequency magnetic field and to set the sample in the remaining space.
As shown in FIG. 8, the high-frequency magnetic field shield 60b according to the present embodiment is configured by arranging six parts (high-frequency magnetic field shields) so as to be rotationally symmetric. The cross section of each part has a shape in which a portion near a center of an arc is cut out and a side is cut out from a fan shape having a central angle of 60 degrees. By cutting out the vicinity of the center of the arc, each component comes into contact with a cylindrical space for storing a sample provided near the center axis. Further, they are arranged apart from each other by the amount of the side cut off. That is, the high-frequency magnetic field shield 60b according to the present embodiment has a shape obtained when the cylinder is divided into six equal parts with a certain cutting width by a plane passing through the central axis. Here, the cutting white refers to a width that is scraped off in parallel with the surface along with the cutting, and corresponds to the width of the blade when a blade such as a grindstone or a saw is used for cutting.
The surface of these parts is smoothly formed of a good electric conductor and satisfies the constituent requirements as a high-frequency magnetic field shield as a single part. The space between the sides is filled with an epoxy resin that is an electrical insulator. The high frequency magnetic field space 20b in this case is shown in FIG. The sample is set inside a substantially cylindrical sample space 50b provided near the center.
It is desirable that the arc portion has a shape along a certain distance from the measurement coil. With such a shape, the cross-sectional area of the high-frequency magnetic field shield can be made as large as possible, and the cross-sectional area of the high-frequency magnetic field space 20b can be made as small as possible.

本実施例の構成は、試料空間が円柱状のため、試料が粉末状の場合等に、試料を容易に設定することができるという特徴をもつ。
なお、本実施例では、高周波磁場遮蔽器の数は6であり、それらを6回の回転対称の配置としているが、この6という数の選択は任意であり、2以上の任意の自然数nとすることができる。この数nが大きいほど高周波磁場の均一度の向上が期待されるが、数nにあまりに大きな数を設定すると、得られる高周波磁場の強度は低下してしまう。これは、複数の高周波磁場遮蔽器を設置する場合、近接効果による効率の低下を避けるため、各々の間に一定の隙間を設けなければならないためである。そのため、高周波磁場遮蔽器の数は12個以下とするのが望ましく、3〜8個とするのがさらに望ましい。
The configuration of the present embodiment has a feature that the sample can be easily set when the sample is powdery because the sample space is cylindrical.
In this embodiment, the number of high-frequency magnetic field shields is six, and they are arranged in six rotational symmetry. However, the selection of this number is arbitrary, and any natural number n of 2 or more can be selected. can do. The higher the number n, the higher the uniformity of the high-frequency magnetic field is expected. However, if the number n is set too large, the strength of the high-frequency magnetic field obtained will decrease. This is because when a plurality of high-frequency magnetic field shields are installed, a certain gap must be provided between them in order to avoid a decrease in efficiency due to the proximity effect. Therefore, the number of high-frequency magnetic field shields is preferably 12 or less, and more preferably 3 to 8.

<実施例3>
本実施例においては、図9に示すように、2つの高周波磁場遮蔽器60cが、測定コイル10の中心軸上に設けられた薄い板状の直方体の試料空間50cを、その厚さ方向から挟み込むように、互いに一定の間隔を隔てて設置されている。試料は、板状の試料空間50cに設定される。
高周波磁場遮蔽器60cの断面形状は、図9(b)に示すように、円弧と弦との組み合わせであって、その円弧部分は、測定コイルに対して一定の距離を隔てて沿うような形状であることが望ましい。この形状により、測定に必要な試料空間を確保しつつ、高周波磁場空間20cの断面積を効果的に小さくすることができる。
本実施例の高周波磁場遮蔽器60cは、円柱を、その中心軸を通る面により、一定の切断シロを伴って、2分割したときに得られる形状をしている。
<Example 3>
In this embodiment, as shown in FIG. 9, two high-frequency magnetic field shields 60c sandwich a thin plate-shaped rectangular parallelepiped sample space 50c provided on the central axis of the measuring coil 10 from the thickness direction. As described above, they are installed at a predetermined interval. The sample is set in a plate-like sample space 50c.
As shown in FIG. 9B, the cross-sectional shape of the high-frequency magnetic field shield 60c is a combination of an arc and a chord, and the arc portion is shaped so as to follow a certain distance from the measurement coil. It is desirable that With this shape, the cross-sectional area of the high-frequency magnetic field space 20c can be effectively reduced while securing a sample space necessary for measurement.
The high-frequency magnetic field shield 60c of the present embodiment has a shape obtained when a cylinder is divided into two by a plane passing through the central axis thereof with a constant cutting margin.

本実施例の構成は、試料が板状であったり、基板上に積層された薄膜であったり、フィルム状であったりする場合に、特に有効である。このような特定の試料に対しては、長手(X軸)方向に必ずしも蓋を設置する必要が無い場合もあるので、図9において蓋は図示していない。試料が液状や粉末状など一般の場合は、他の実施例と同様に蓋を用いると良い。 The configuration of the present embodiment is particularly effective when the sample is plate-shaped, is a thin film laminated on a substrate, or is film-shaped. For such a specific sample, it may not always be necessary to install a lid in the longitudinal (X-axis) direction, so the lid is not shown in FIG. When the sample is general such as liquid or powder, a lid may be used as in the other embodiments.

本発明は、高周波磁場の強度の増大以外にも、試料充填率を改善するために利用することができる。試料充填率とは、試料の体積の、高周波磁場空間の体積に対する比のことである。測定感度は試料充填率に概ね比例するため、試料充填率が小さくなると測定感度が低下する。
試料が少量しかなかったり、試料が特殊な形状をもっていたりして、測定コイルの内部に大きな隙間が空いてしまう場合、そのままでは、試料充填率が小さくなるのが避けられない。
The present invention can be used to improve the sample filling rate in addition to increasing the strength of the high-frequency magnetic field. The sample filling rate is the ratio of the volume of the sample to the volume of the high frequency magnetic field space. Since the measurement sensitivity is approximately proportional to the sample filling rate, the measurement sensitivity decreases as the sample filling rate decreases.
If there is only a small amount of sample or the sample has a special shape and a large gap is left inside the measurement coil, it is inevitable that the sample filling rate will decrease.

試料が少量しか得られない場合は、試料を細管に充填するなどし、実施例2の構成により測定するとよい。高周波磁場空間は図8(c)に示されるような中心近傍の円柱状の空間を含む小さな空間に制限されるので、試料充填率は相対的に向上し、高感度な測定を行うことができる。 When only a small amount of sample can be obtained, the sample may be filled into a thin tube and the measurement may be performed according to the configuration of Example 2. Since the high-frequency magnetic field space is limited to a small space including a cylindrical space near the center as shown in FIG. 8C, the sample filling rate is relatively improved, and highly sensitive measurement can be performed. .

薄板状の試料を、ソレノイド型の測定コイルを用いて測定する場合、そのままでは、充填率が小さく感度の低下は避けられない。そのことは、試料と測定コイルの断面形状を比較すれば明らかである。
このように、薄板状の試料を測定する場合、実施例3の構成により測定するとよい。高周波磁場空間は図9(c)に示されるような板状の空間を含む小さな空間に制限されるので、試料充填率は相対的に向上し、高感度な測定を行うことができる。
When a thin plate-like sample is measured using a solenoid-type measuring coil, the filling rate is small and the sensitivity is inevitably lowered. This is clear when the cross-sectional shapes of the sample and the measuring coil are compared.
Thus, when measuring a thin plate-shaped sample, it is good to measure by the structure of Example 3. Since the high-frequency magnetic field space is limited to a small space including a plate-like space as shown in FIG. 9C, the sample filling rate is relatively improved and highly sensitive measurement can be performed.

10 測定コイル
20、20a、20b、20c 高周波磁場の発生する空間
30、30b、30c 試料管筐体
40、40a、40b 蓋
50、50a、50b、50c 試料空間
60、60b、60c 高周波磁場遮蔽器
61 高周波磁場遮蔽器の筐体
62 高周波磁場遮蔽器の内部
63 高周波磁場遮蔽器の表面
70 PTFE管
d 厚さ
A 切断面を指定する記号
B 切断面を指定する記号
B0 静磁場
B1 高周波磁場
X X軸、測定コイルの中心軸
Y Y軸
Z Z軸、静磁場の方向
10 Measurement coils 20, 20a, 20b, 20c Spaces 30, 30b, 30c in which high-frequency magnetic fields are generated Sample tube housings 40, 40a, 40b Lids 50, 50a, 50b, 50c Sample spaces 60, 60b, 60c High-frequency magnetic field shield 61 High-frequency magnetic field shield housing 62 High-frequency magnetic field shield interior 63 High-frequency magnetic field shield surface 70 PTFE tube d Thickness A Symbol B for specifying cutting plane B0 Symbol for specifying cutting plane Static magnetic field B1 High-frequency magnetic field X X-axis , Central axis of measurement coil Y Y axis Z Z axis, direction of static magnetic field

Claims (16)

測定コイルの内側に、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を設置し、
前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定され、
測定対象の原子の核スピンの共鳴周波数に概ね等しい周波数をもつ高周波磁場をパルス的に印加し、
前記試料から生じる、前記共鳴周波数と概ね等しい周波数の高周波磁場であって、前記共鳴周波数に対して概ね1/100000(10ppm)から1/500(2000ppm)の間の周波数帯域で測定し、
この観測される高周波磁場からNMRスペクトルを得るNMR測定方法において、
前記測定コイルに高周波の大電流を流すと共に、
測定コイルの内部の断面積を測定コイルの内部の断面積と高周波磁場遮蔽器の断面積の差で除したものに比例して磁場強度を増大させることを特徴するパルスNMR測定方法。
A high frequency magnetic field shield whose outer peripheral surface is made of an electric conductor is installed inside the measurement coil,
A sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield,
A high frequency magnetic field having a frequency approximately equal to the resonance frequency of the nuclear spin of the atom to be measured is applied in pulses,
A high-frequency magnetic field generated from the sample and having a frequency substantially equal to the resonance frequency, and measured in a frequency band between approximately 1/100000 (10 ppm) and 1/500 (2000 ppm) with respect to the resonance frequency;
In the NMR measurement method for obtaining the NMR spectrum from the observed high frequency magnetic field,
While flowing a high frequency high current through the measurement coil,
A pulse NMR measurement method, wherein the magnetic field strength is increased in proportion to a value obtained by dividing the cross-sectional area inside the measurement coil by the difference between the cross-sectional area inside the measurement coil and the cross-sectional area of the high-frequency magnetic field shield .
前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って、一様な断面をもつと共に、  When the high-frequency magnetic field shield is cut along a plane perpendicular to the central axis while moving along the central axis of the measurement coil, it has a uniform cross section at least over the entire length of the measurement coil,
前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心に配置されることを特徴する請求項1に記載のパルスNMR測定方法。  The pulse NMR measurement method according to claim 1, wherein the high-frequency magnetic field shield is disposed at a center of the measurement coil.
測定コイルと、
当該測定コイルの内側に設置された、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有するNMRプローブ装置であって、
前記高周波磁場遮蔽器は透磁率の小さい素材の表面に前記電気良導体の薄膜を形成したものからなり、
前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
A measuring coil;
The installed inside the measuring coil, the outer peripheral surface is an NMR probe device having a high-frequency magnetic field shielding unit made of electrically conductive material,
The high-frequency magnetic field shield is formed by forming a thin film of the good electric conductor on the surface of a material having a low magnetic permeability,
An NMR probe apparatus characterized in that a sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield.
測定コイルと、
当該測定コイルの内側に設置された、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有するNMRプローブ装置であって、
前記高周波磁場遮蔽器は、肉薄の筒状の筐体からなり、外周面には電気良導体からなる薄膜が形成され、
前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
A measuring coil;
The installed inside the measuring coil, the outer peripheral surface is an NMR probe device having a high-frequency magnetic field shielding unit made of electrically conductive material,
The high-frequency magnetic field shield consists of a thin cylindrical casing, and a thin film made of a good electrical conductor is formed on the outer peripheral surface.
An NMR probe apparatus characterized in that a sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield.
前記高周波磁場遮蔽器の筐体とこの表面の薄膜の材質は、反磁性と常磁性とで磁化率が正負反対のものを組み合わせ、互いの磁化を打ち消すように選択されたことを特徴とする請求項4に記載のNMRプローブ装置。  The casing of the high-frequency magnetic field shield and the material of the thin film on the surface are selected to combine diamagnetism and paramagnetism whose susceptibility is opposite to each other and cancel each other's magnetization. Item 5. The NMR probe device according to Item 4. 前記薄膜は、その厚さdが表皮深さの少なくとも2倍以上であることを特徴とする請求項3から5の何れか1項に記載のNMRプローブ装置。  The NMR probe apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein the thin film has a thickness d of at least twice the skin depth.
ここで、表皮深さは、導体の透磁率はμ、導電率をσとし高周波磁場の周波数をfとすると、円周率をπとして、次式で求められる:  Here, the skin depth is obtained by the following equation, where μ is the permeability of the conductor, σ is the conductivity, and f is the frequency of the high-frequency magnetic field: π is the circumference.
[表皮深さ]=1/√(π f μσ)。    [Skin depth] = 1 / √ (π f μσ).
前記薄膜は、その厚さdが表皮深さの少なくとも3倍以上であることを特徴とする請求項6に記載のNMRプローブ装置。  The NMR probe apparatus according to claim 6, wherein the thin film has a thickness d of at least three times the skin depth. 前記筒状の筐体は非電気伝導体よりなることを特徴とする請求項4に記載のNMRプローブ装置。  The NMR probe apparatus according to claim 4, wherein the cylindrical casing is made of a non-electric conductor. 請求項3から8に記載のNMRプローブ装置であって、
前記外周面の前記測定コイルの中心軸に垂直な切断面で切断したときの断面形状が、前記切断面を前記中心軸に沿って移動したとき、少なくとも測定コイルの全長に亘って、一様であることを特徴とするNMRプローブ装置。
The NMR probe apparatus according to claim 3 , wherein
The cross-sectional shape of the outer peripheral surface when cut along a cut surface perpendicular to the central axis of the measurement coil is uniform over at least the entire length of the measurement coil when the cut surface is moved along the central axis. An NMR probe apparatus characterized by being.
請求項3から9に記載のNMRプローブ装置であって、  The NMR probe apparatus according to claim 3, wherein
前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って、一様な断面をもつと共に、  When the high-frequency magnetic field shield is cut along a plane perpendicular to the central axis while moving along the central axis of the measurement coil, it has a uniform cross section at least over the entire length of the measurement coil,
前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心に配置されることを特徴とするNMRプローブ装置。  The high-frequency magnetic field shield is arranged at the center of the measurement coil, and the NMR probe apparatus.
請求項3からのいずれかに記載のNMRプローブ装置であって、
複数の前記高周波磁場遮蔽器が、前記測定コイルの中心軸上に設けられた円柱形状の空間の周囲を取り囲むように、前記測定コイルの中心軸に対して回転対称な配置で、互いに一定の間隔を隔てて設置され、
前記円柱形状の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
The NMR probe apparatus according to any one of claims 3 to 9 ,
A plurality of the high-frequency magnetic field shields are arranged in a rotationally symmetrical manner with respect to the central axis of the measurement coil so as to surround a cylindrical space provided on the central axis of the measurement coil, and are spaced apart from each other at a constant interval. Installed across the
An NMR probe apparatus characterized in that a sample is set in the cylindrical space.
複数の前記高周波磁場遮蔽器は、円筒を、その中心軸を通る面により、一定の切断シロを伴って、等分割したときに得られる形状からなり、  The plurality of high-frequency magnetic field shields have a shape obtained when a cylinder is equally divided by a plane passing through its central axis with a fixed cutting width.
各高周波磁場遮蔽器の断面は、扇型から円弧の中心付近を切り欠き、辺を削り取った形状からなり、  The cross-section of each high-frequency magnetic field shield consists of a shape that is cut out from the fan shape near the center of the arc and scraped off the sides.
前記扇型の円弧の中心付近に設けられた切り欠きは、前記円柱形状の空間と接すると共に、前記各部品は辺を削り取った分だけ、相互に離れて配置されることを特徴とする請求項11に記載のNMRプローブ装置。  The notch provided in the vicinity of the center of the fan-shaped arc is in contact with the cylindrical space, and the parts are arranged apart from each other by the side cut off. 11. The NMR probe apparatus according to 11.
請求項3からのいずれかに記載のNMRプローブ装置であって、
複数の前記高周波磁場遮蔽器が、前記測定コイルの中心軸近傍に設けられた板状の空間を挟むように、前記測定コイルの中心軸に対して回転対称な配置で、互いに一定の間隔を隔てて設置され、前記板状の空間に試料が設定されることを特徴とするNMRプローブ装置。
The NMR probe apparatus according to any one of claims 3 to 9 ,
A plurality of the high-frequency magnetic field shields are rotationally symmetric with respect to the central axis of the measurement coil so as to sandwich a plate-like space provided in the vicinity of the central axis of the measurement coil, and are spaced apart from each other at a constant interval. An NMR probe apparatus, wherein a sample is set in the plate-like space.
複数の前記高周波磁場遮蔽器は、その断面形状が、円弧と弦との組み合わせであって、その円弧部分は、測定コイルに対して一定の距離を隔てて沿うような形状であることを特徴とする請求項13に記載のNMRプローブ装置。  The plurality of high-frequency magnetic field shields have a cross-sectional shape that is a combination of a circular arc and a chord, and the circular arc portion has a shape along a certain distance from the measurement coil. The NMR probe apparatus according to claim 13. パルスNMR測定に用いるNMRプローブ装置であって、
測定コイルと、
当該測定コイルの内側に設置された、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有し、
前記測定コイルの内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定され、
前記高周波磁場遮蔽器は前記測定コイルの中心に配置され、
前記高周波磁場遮蔽器は、前記測定コイルの中心軸に沿って移動しつつ前記中心軸に垂直な面で切断したとき、少なくとも前記測定コイルの全長に亘って一様な断面をもつことを特徴とするNMRプローブ装置。
An NMR probe apparatus used for pulsed NMR measurement,
A measuring coil;
A high frequency magnetic field shield having an outer peripheral surface made of an electric conductor, which is installed inside the measurement coil ,
A sample is set in a space inside the measurement coil and outside the high-frequency magnetic field shield,
The high-frequency magnetic field shield is disposed at the center of the measurement coil;
When the high-frequency magnetic field shield is cut along a plane perpendicular to the central axis while moving along the central axis of the measurement coil, it has a uniform cross section at least over the entire length of the measurement coil. NMR probe device.
試料管筐体と、
前記試料管筐体と同軸状に配置され、外周面が電気伝導体からなる高周波磁場遮蔽器を有するNMR試料管であって、
前記高周波磁場遮蔽器は透磁率の小さい素材の表面に前記電気良導体の薄膜を形成したものからなり、
前記試料管筐体の内側であって且つ前記高周波磁場遮蔽器の外側の空間に試料が設定されると共に、
前記試料管筐体が測定コイルの中心部に同軸状に配置されるように前記測定コイルが設けられることを特徴とするNMR試料管。
A sample tube housing;
An NMR sample tube that is arranged coaxially with the sample tube housing and has a high-frequency magnetic field shield whose outer peripheral surface is made of an electrical conductor ,
The high-frequency magnetic field shield is formed by forming a thin film of the good electric conductor on the surface of a material having a low magnetic permeability,
A sample is set in a space inside the sample tube housing and outside the high-frequency magnetic field shield ,
An NMR sample tube , wherein the measurement coil is provided so that the sample tube housing is coaxially disposed at the center of the measurement coil .
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