JPH0718918B2 - 回転試料ジャイロ磁気スペクトロメータのためのｒｆプローブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、典型的には磁気共鳴現
象に基づいた分析計測器に関するものであって、特に、
ＮＭＲスペクトロメータのプローブにおける固有の構造
に起因する磁気による摂動を減少させる技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】典型的な核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置
において、試料は、磁場の均等領域内に位置する容積内
に置かれる。共鳴の励振及び検知は、通常、試料に関し
て間隔をあけて適切に置かれ、好適には試料を包み込ん
でいるところの１つ（または複数）のコイルから得られ
る。特に典型的には、近代的なフーリエ変換共鳴分光学
において、試料は１つのコイル内でそのコイルと同軸と
なるように配置された円筒管の中に入っている。そし
て、その試料管をその軸線上で高速に回転させ、残留す
る如何なる磁場の不均等性をも平均化させる手段が備え
られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、典型的な先行
技術の装置における試料容積を囲む物質は、多くの物質
を含み、例えば、通常はガラスであるが、場合によって
ナイロン製又はそれに類似した不活性物質のストッパー
デリミター（ｓｔｏｐｐｅｒ ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）を
有する試料容器、ＲＦコイル導線を形成する導電性物質
（一般に、銅、アルミニウム、銀、金若しくはプラチ
ナ、又はこれらの物質の組合わせであるところのも
の）、コイルを支持するコイル枠、そのコイル枠に導体
を固定するための接着剤、コイル枠にある、コイル巻線
要素間の接続ための１つ又はそれ以上の穴、全ての利用
可能空間を充満する空気などである。

【０００４】これらの物質は、試料及び溶媒（ｓｏｌｖ
ｅｎｔ）自体とは異なり、様々な磁化率を示し、試料を
通過する磁場の分布を変化させて信号に影響を及ぼすと
いう欠点がある。

【０００５】試料とＲＦ場との相対的な回転は、非円筒
形状の磁場摂動の発生源を平均化するように作用し、そ
の平均化は等しい円筒状の対称性をもたらす。

【０００６】これらの発生源の幾つかは、従来技術の補
償機構においても考慮されていた。

【０００７】例えば、コイル材料と接着材料は、米国特
許第３０９１７３２号でアンダーソンによって考察さ
れ、その中で、コイルをコイル枠に固定するためのコイ
ル材料及び接着材料を提供することが試みられたが、ど
ちらの材料も空気に近似した磁化率を示すことが必要と
された（これらの要素は水中に沈める必要がある）。

【０００８】スペクトロメータの有効容積内に存在する
構造に起因する磁場の不均等性は、溶媒の磁気特性と同
じ特性を有する物質でその構造物を作ることにより補償
され、試料容積全体にわたる軸線方向の均等性が得られ
る。これは米国特許第４５４９１３６号に開示されてい
る。

【０００９】サドルコイル（ｓａｄｄｌｅ ｃｏｉｌ）
を形成する物質の幾何学的な軸線方向の配置の補償は、
米国特許第４５６３６４８号で論じられている。

【００１０】従来技術において、ＲＦプローブコイルを
支持している枠は、ガラス又はそれと同様な物質から成
る円筒状のものである。

【００１１】枠の内面にコイルを取り付けると、試料に
近づけて接続できるという利点があるが、コイル端子を
設ける必要がある。

【００１２】コイル導線を引き出すための穴が枠に設け
られ、また（サドル）コイル導線は、サドルコイル構造
において必然的に現れる交差点に設けられた絶縁体と共
に枠に沿って方向づけられなければならない。

【００１３】導体が所望の磁化率を示すように特別に成
形されたところでは、このような穴又は絶縁物質によっ
てもたらされるような軸線方向の磁気の不連続性は、比
較的顕著になる。

【００１４】有効試料領域内で有効領域の軸線方向の範
囲よりも短いこのような磁気的不連続性の如何なるもの
も、このような顕著な磁気摂動の原因になる。

【００１５】回転している試料については、その不連続
性は方位角方向について平均化することができる。も
し、その不連続性が軸線方向に長く延びれば、好適な軸
対称の磁気的平均化は摂動を均等化し、摂動を効果的に
除くであろう。

【００１６】したがって、本発明の目的は、磁気共鳴現
象に基づく分析計測器において、ＮＭＲスペクトロメー
タのプローブの固有の構造に起因する磁場、例えば試料
容積を囲む物質によって示される様々な磁化率によって
発生する磁場の摂動を減少させ、プローブの軸線方向に
磁化を均等化させることができる、回転試料ジャイロ磁
気スペクトロメータのためのＲＦプローブを提供するこ
とである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の、回転試料ジャイロ磁気スペクトロメータ
のためのＲＦプローブは、ＲＦコイルを支持するための
構造体が開放構造を形成することを特徴とするものであ
って、試料容積を取囲むＲＦコイルと、このコイルの対
称軸を横切る平面内の円の円周上に配置された軸線方向
の剛性支持部材の軸対称組立体であって、この支持部材
が対称軸の軸線に平行で対称軸の軸線から一定の距離を
あけられたところの軸対称組立体と、支持部材の両端に
形成される平板部材とから成る。

【００１８】ＲＦコイルを支持するための構造体におい
て、上記の支持部材が、その端部領域近くでそれぞれ補
償部材を収納することができ、補償部材は、コイルの領
域の平均磁化率を支持部材の端部領域内に拡張するよう
に選択される。

【００１９】本発明の簡単な実施例において、コイル支
持の軸対称が、複数のガラス（又は同様な物質の）ロッ
ド又は管の軸線をコイルの軸線を横切る平面内の円周上
に置いて形成させたかごを配置することによって得られ
る。

【００２０】好適には、サドルコイルはかご内に配置さ
れる。結果としてのかごの開放構造は、サドルコイル導
線へのアクセスを可能にし、回転している試料から見て
平均した軸対称を提供する。

【００２１】ガラスの円筒が中空管状部材であるところ
のその実施例において、磁気の均等性を達成するための
付加的補償を、その管の内部に供給することができる。

【００２２】特に、プローブの有効体積の、軸線に沿っ
て計った、中央領域を占める螺旋状コイルが、所望の構
造内に収納される。そのコイルを越えた実質的な軸線方
向領域に及ぶ前記中央領域（そのコイルによる）内に広
がっている平均磁化率を維持するために、特定される磁
化率の物質が、それぞれの管の端部から内方向に螺旋コ
イルの近辺で終わる中央領域へと伸長するように各々の
管内に挿入される。この物質は磁化率を与えるために選
択され、その磁化率は、（見かけの）円筒表面にわたっ
て平均化され、中央領域と、その隣接する領域との間で
軸線方向の連続性を与える。

【００２３】本発明に関連する例は、円筒壁に穴を要す
るコイル枠が、それに代えて縦に伸びた長いスロットを
有するものである。スロットの伸長は軸線方向の連続性
を確保し、試料の回転は方位角方向の不連続性を平均化
する。スロットの幅が一定であれば、平均化された磁化
率は軸線方向の位置によって変化しない。

【００２４】

【実施例】図１を参照するとＮＭＲスペクトロメータ３
０が略示ブロック線図で示されている。それには、空気
間隙（ａｉｒ ｇａｐ）と共に円柱３１によって象徴的
に指示される高磁場磁石が含まれ、プローブ３２がその
空気間隙内に配置されている。プローブの上部にはスピ
ナー組立体３３が取り付けられ、スピナー組立体３３に
は試料管（図示せず）が収納されている。スピナー組立
体３３は、磁場中の試料管の回転を支持しており、スピ
ナーに回転を与えるために接続された空気供給源３４か
ら空気が供給される。信号プロセッサ３５内のＲＦ送信
器／受信器がプローブ３２に接続されており、そのプロ
ーブは試料管内の試料の共振スペクトルを励起し検知す
るためのコイル（図示せず）を備えている。信号プロセ
ッサはまた、表示手段３６によって象徴的に示されると
おり、検査中の試料のスペクトルを表示するための手段
を備えている。

【００２５】図２は、本発明に関連した簡単な例を示し
たものであって、在来の円筒状のコイル枠４０を示し、
その枠はその内部にサドルコイルを支持するためのもの
であり、サドルコイルの一部分４２が示されている。ス
ロット４４の軸線方向の長さは、そのコイルの長さより
も長くなっている。コイル内の試料を軸線４６の周りで
回転させると、枠４０とスロット４４の磁化率は方位角
方向について平均化され、その平均化は軸線方向に連続
的である。

【００２６】図３は、本発明のＲＦプローブの好適実施
例を示し、複数の平行なロッド又は管部材（つまり、軸
線方向の剛性支持部材）６２、６３、６６、６８、７
０、７２から形成されるかご（つまり、軸対称組立体）
６１内に置かれた半径Ｒ−ｒのサドルコイル６０の部分
斜視図である。それらロッド又は管は、好適にはガラ
ス、セラミック、又は検査中に周波数スペクトル中の共
振信号に影響しないような物質である。

【００２７】これら部材は、半径Ｒの円周上に間隔をあ
けて置かれ、半径Ｒ−ｒ（ここでｒは、管状部材６４、
６６等の半径）である仮想の内接した環状帯を形成す
る。

【００２８】かご６１は、ロッド又は管状部材を収納す
るために、前記半径Ｒの円周上に穴があけられた端部平
板５８及び７４を有する。かごの長さは、当然に、ＲＦ
プローブコイルの軸線方向の長さによって実質的に限定
される有効体積の実際の長さに比べて長い。

【００２９】したがって、図３に示すように、本発明の
ＲＦプローブは、軸対称であり、軸線方向に伸びた剛性
支持部材によって画成された間隙を有する開放構造であ
り、軸線方向の連続性を有する幾何学的形状で試料にコ
イル導線を接近させることができる。

【００３０】図４Ａは、図３の４Ａ−４Ａ断面図であ
り、１つ又はそれ以上の部材６４、６６等によって支持
されたサドルコイル６０（又は、他の例としては、螺旋
上コイル８６）の断面の図示である。

【００３１】サドルコイル６０及びソレノイドコイル８
６が、縦断面方向からの斜視図として図４Ｂ、図４Ｃに
別々に図示されている。

【００３２】部材６６、６４等は、好適には中空管であ
って、各々、補償用物体８２が挿入されている。その物
体８２は、コイル及びコイル枠構造体の平均磁化率特性
を軸線方向に拡大し、少なくとも半径Ｒ−ｒの円筒表面
にわたって平均化させるために用いられている。物体８
２は、全体としてこの望ましい平均磁化率をもたらすよ
うに選ばれる。

【００３３】結果として、磁化率の均等性の軸線方向の
連続性が確立され、それとともに得られたスペクトル
は、改良された分解能及び固有の傾き（ｇｒａｄｉｅｎ
ｔ）を示す磁場の減少にともなう有効な感受性によって
特徴づけられる。

【００３４】図５ａ及び図５ｂは、半径５．４ｍｍのガ
ラス管中にコイルが支持されていることを特徴とする、
従来技術（図５ａ）のプローブで得られるジオクサンの
_１３Ｃ信号とデカップル（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ）した陽
子の部分の比較である。

【００３５】図５ｂには、本発明の効果を示すために、
理想的なＲＦサドルコイル（長さ２．２ｃｍ半径５．５
ｍｍ）を支持する本発明のコイルかごを用いたときの、
図５ａと同じ物質の同一の密度での同じスペクトル領域
が図示されている。

【００３６】同一の統計的な精度（過渡的数（ｎｕｍｂ
ｅｒ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ））で同一のピーク
がプロットされている。

【００３７】この比較から、その分解能は明らかに改良
され、図５ａの周波数の高い側と低い側の端部は、図５
ｂのピークにおいて明らかに押さえられている。

【００３８】この特定的に記載された実施例に対し、本
発明の範囲から逸脱することなく多くの変化をもたせる
ことができることは、容易に理解されるだろう。また、
本発明は前記の特許請求の範囲によって限定されるもの
であり、特定的に記載した実施例に限定される物ではな
い。

【００３９】

【発明の効果】本発明の、回転試料ジャイロ磁気スペク
トロメータのためのＲＦプローブは、以上詳説したよう
に構成されるので、以下のような効果を奏する。

【００４０】本発明のＲＦプローブが、剛性支持部材か
ら成るかご状の軸対称組立体を形成することから、コイ
ル導線を引き出すための穴をコイル枠に設ける必要がな
くなる。

【００４１】本発明のＲＦプローブの構造が軸対称であ
り、軸線方向に伸びた剛性部材によって画成される間隙
を有し、軸線方向に連続性する形状が確保され、その形
状で試料にコイル導線を接近させることができるので、
試料を回転させることによって得られる枠と間隙の磁化
率の方位角方向の平均化が軸線方向に連続となる。

【００４２】本発明のＲＦプローブにおいて、剛性支持
部材の両端部付近に補償部材を挿入すると、剛性支持部
材両端部付近の構造に起因する磁気摂動を減少すること
ができる。ここで、補償部材は、コイル領域の平均磁化
率を剛性支持部材両端部付近に拡張させるような物質が
選択される。

【００４３】本発明のＲＦプローブを実施すると、例え
ばコイル導線を引き出すための穴をコイル枠に設ける必
要がなくなる等、ＲＦプローブの構造に起因する磁気発
生源を減少させることができるので、改善されたスペク
トルのピーク（図５ｂを参照）が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に関する略示図である。

【図２】図２は、本発明に関連した簡単な例である。

【図３】図３は、好適な実施例である。

【図４Ａ】

【図４Ｂ】

【図４Ｃ】図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、付加的な軸線方
向の補償を示す実施例である。

【図５ａ】図５ａは、本発明を用いずに得られたスペク
トルである。

【図５ｂ】図５ｂは、本発明を用いて得られたスペクト
ルである。

【主要符号の説明】

３０・・・ＮＭＲスペクトロメータ ３２・・・プローブ ３３・・・スピナー組立体 ４０・・・コイル枠 ４２、６０・・・サドルコイル ４４・・・スロット ６１・・・かご ６２、６４、６６、６８、７０、７２・・・平行なロッ
ド又は管部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＲＦコイルを支持するための構造体が開
   放構造を形成することを特徴とする、回転試料ジャイロ
   磁気スペクトロメータのためのＲＦプローブであって、
   （ａ） 試料容積を取囲むＲＦコイルと、（ｂ） 前記
   コイルの対称軸を横切る平面内の円の円周上に配置され
   た軸線方向の剛性支持部材の軸対称組立体であって、該
   支持部材が前記軸線に平行で前記軸線から一定の距離を
   あけられている、軸対称組立体と、（ｃ） 前記支持部
   材の両端に形成された平板部材とから成る、ＲＦプロー
   ブ。
2. 【請求項２】 前記剛性支持部材が、前記支持部材の端
   部領域近くでそれぞれ補償部材を収納し、該補償部材
   が、前記コイルの領域の平均磁化率を前記端部領域内に
   拡張するように選択される、請求項１記載のＲＦプロー
   ブ。