(57)【要約】【課題】混合物の固体試料の測定に用いて好適なＮＭＲ測定方法を提供する。【解決手段】前記均一な縦磁化緩和時間を有している核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、所定時間ｔを置いて、前記均一な縦磁化緩和時間を有している核のスピン拡散を切断して高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、第３の工程により得られた複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程とを備えた。【選択図】図１４
2010071839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の成分がそれぞれのドメイン内でスピン拡散によりそれぞれ均一な縦磁化緩和時間を有しているときに、各成分のＮＭＲスペクトルを分離して測定するＮＭＲ測定方法であって、
前記均一な縦磁化緩和時間を有している核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、
所定時間ｔを置いて、前記均一な縦磁化緩和時間を有している核のスピン拡散を切断して高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、
ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、
第３の工程により得られた複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程と
を備えたことを特徴とするＮＭＲ測定方法。
【請求項２】
前記縦磁化緩和時間の測定は、反転回復法、飽和回復法、またはスピンロックによる回転系縦磁化緩和時間測定法であることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ測定方法。
【請求項３】
前記スピン拡散の切断は、同種核間相互作用を切断するためのＲＦ照射、または試料の高速回転、またはその両方により行なうことを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ測定方法。
【請求項４】
前記均一な縦磁化緩和時間を有している核は1Ｈ核、または19Ｆ核であることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ測定方法。
【請求項５】
複数の成分がそれぞれのドメイン内でスピン拡散によりそれぞれ均一な縦磁化緩和時間を有しているときに、各成分のＮＭＲスペクトルを分離して測定するＮＭＲ測定方法であって、
前記均一な縦磁化緩和時間を有している第１の核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、
所定時間ｔを置いて、前記第１の核の励起エネルギーを高分解能でＮＭＲスペクトルを測定可能な第２の核に磁化移動させて、第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、
ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、
第３の工程により得られた複数の第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程と
を備えたことを特徴とするＮＭＲ測定方法。
【請求項６】
前記縦磁化緩和時間の測定は、反転回復法、飽和回復法、またはスピンロックによる回転系縦磁化緩和時間測定法であることを特徴とする請求項５記載のＮＭＲ測定方法。
【請求項７】
前記第１の核は1Ｈ核、または19Ｆ核であることを特徴とする請求項５記載のＮＭＲ測定方法。
【請求項８】
前記第２の核は1Ｈ核以外の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得可能な核であることを特徴とする請求項５記載のＮＭＲ測定方法。
【請求項９】
前記第２の核は13Ｃ核、15Ｎ核、29Ｓｉ核、または31Ｐ核であることを特徴とする請求項８記載のＮＭＲ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の成分がそれぞれ微結晶を成して混在している固体試料や、単一の分子であっても複数の結晶系が混在している固体試料や、結晶成分と非結晶成分が混在している固体試料など、複数のドメインを有する試料のＮＭＲスペクトルをドメインごとに分離して測定する際に使用されるＮＭＲ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合物を成分ごとに分離して観測するＮＭＲ測定手法、および逆ラプラス変換を解析に利用する手法の一例として、ＤＯＳＹ法を以下に説明する。ＤＯＳＹ法は、近年のＮＭＲ装置の精度向上および処理ソフトの改良により、広い分野で利用されるようになってきたＮＭＲ測定方法であり、もともとは、１９６５年、スタッカーとターナーによって提唱されたＮＭＲ測定方法の１つである（非特許文献１）。
【０００３】
ＤＯＳＹ法の実験においては、複数種類の分子の混合物である試料であっても、分子の拡散係数の違いを利用することによって、成分分子ごとに分離してＮＭＲスペクトルを測定することができる。
【０００４】
混合物のＮＭＲスペクトルは、通常、図１に示すように、各成分のスペクトルの和として観測される。一方、分子の拡散係数は、各分子種に固有の値を持っている。そのため、混合物のＮＭＲスペクトルを分子の拡散係数により分類すると、結果としてＮＭＲスペクトルを分子種ごとに分離して観測することができるのである。
【０００５】
拡散係数の測定は、拡散計測時間を変化させながらＮＭＲスペクトルを複数回観測することにより行なわれる。通常のＤＯＳＹ法では、図２に示すように、拡散計測時間が長くなるほど、また拡散速度が速くなるほど、ＮＭＲスペクトルの信号強度は大きく減衰するので、拡散速度の速いものほど信号強度の減衰が速く、拡散速度の遅いものほど信号強度の減衰が遅い。
【０００６】
この変化を解析することにより、拡散係数が求まる。拡散係数の違いによるＮＭＲスペクトルの分離には、逆ラプラス変換が用いられる。逆ラプラス変換を用いることにより、拡散係数の値の位置に先鋭化したピークが現れ、スペクトルの解析が容易になる。図３は、１つのピーク強度に注目して逆ラプラス変換を行なった例である。
【０００７】
信号強度が拡散によって同じような減衰挙動を示すピークを逆ラプラス変換によってグループ分けすると、図４に示すように、拡散の遅い成分Ａのスペクトルと、拡散の速い成分Ｂのスペクトルとの２つの群に分離することができる。
【０００８】
ＤＯＳＹ法においては、逆ラプラス変換を用いて拡散係数の違いによりスペクトルを分離することで、スペクトルを成分ごとに分離して観測することができる。これは、各分子が固有の拡散係数を持つことを利用した分離法である。
【０００９】
次に、ＤＯＳＹ法の他に、緩和時間の違いを利用して複数の成分を分離する測定法が知られているので、それを以下に３つほど紹介・列挙する。
【００１０】
（１）13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間の違いを利用して複数の成分を分離する測定法。
【００１１】
13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間の違いを指標にしてＮＭＲ信号を分離する方法である。緩和計測時間を変化させながら13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを観測すると、信号強度の変化は緩和時間の違いを反映する。
【００１２】
図５にポリエチレンの実測データ(非特許文献２より引用)を示す。この測定では反転復活法を用いており、反転させた信号がどのぐらいの時間で復活するかを観測することにより13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間を測定している。
【００１３】
0.025sの緩和計測時間(τ)の時には35ppmの信号および31ppmの信号はともに反転されている。次に、緩和計測時間が10sになると、どちらの信号も正の強度になるが、その間の挙動は異なる。
【００１４】
31ppmの信号は、0.1sの緩和計測時間ですでに正の強度に復活しているにも関わらず、35ppmの信号は、1sの緩和計測時間まで待たないと正の強度に復活しない。この測定を通じて、31ppmの信号と35ppmの信号が異なる緩和時間を持つ信号として分類することができる。
【００１５】
13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間は、分子の局所的な運動モードにより強く影響を受ける。そのため、13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間による信号の分離は、分子の局所的な運動性の違いを反映した分離法ということになる。
【００１６】
（２）1Ｈ水素核の横磁化緩和時間の違い、および1Ｈ水素核から13Ｃ炭素核への磁化移動を利用して信号を分離する測定法。
【００１７】
この方法では、横磁化緩和時間の計測時間を変化させながらスペクトルを観測する。観測するときには1Ｈ水素核から13Ｃ炭素核への磁化移動を行ない、13Ｃ炭素核でスペクトルを観測する。1Ｈ-ＮＭＲスペクトルは線幅が広い信号が重なり合ってしまうため、分離がよくない。それに対して13Ｃ-ＮＭＲスペクトルは線幅が細く、さまざまな信号を分離して観測することができる。
【００１８】
したがって、信号分離という観点で、1Ｈ水素核から13Ｃ炭素核への磁化移動、および磁化移動に引き続く13Ｃ炭素核での信号観測は有用である。1Ｈ水素核の横磁化緩和時間の測定データはFourier変換を行ない、スペクトルとして観測する。
【００１９】
Fourier変換を行なうことにより、横磁化緩和の速い成分は線幅の広いピークとして現れ、遅い成分は線幅の狭いピークとして現れる。時間領域の信号をFourier変換してスペクトルとして表示するのはＮＭＲの慣習に従った処理であり、この処理により信号の分離が良くなるといった効果はない。
【００２０】
図６に、この測定法（ａ）および実測データ（ｂ）を示す（ともに非特許文献３より引用）。（ａ）に“CP”と記述がある部分が磁化移動である。（ｂ）をみると、13Ｃ軸方向には３本のピークが分離して観測されていることがわかる。
【００２１】
この分離は、1Ｈ水素核から13Ｃ炭素核への磁化移動、および13Ｃ炭素核でのＮＭＲスペクトルの観測により実現された。一方、PDMSとラベルされている信号の1Ｈ軸方向のスペクトルは非常に細いのに対して、PSとラベルされている信号のスペクトルは幅広いものとなっている。このように、1Ｈ軸側のスペクトルの線幅から信号を分類することができる。
【００２２】
1Ｈ水素核の横磁化緩和時間は、13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間と同様に分子の局所的な運動モードにより強く影響を受ける。そのため、1Ｈ水素核の横磁化緩和時間による信号の分離は、分子の局所的な運動性の違いを反映した分離法ということになる。
【００２３】
（３）1Ｈ水素核の縦磁化緩和時間を13Ｃ炭素核へと磁化移動することにより、13Ｃ炭素核のＮＭＲスペクトルとして測定する手法。
【００２４】
この方法は、図７に示すように、1Ｈ水素核の縦磁化緩和時間の観測を行なった後、1Ｈ水素核から13Ｃ炭素核への磁化移動を行ない、13Ｃ炭素核のＮＭＲスペクトルとして観測を行なう手法であり、1Ｈ水素核の縦磁化緩和時間測定の結果は、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの強度変化として現れる（非特許文献４）。
【００２５】
尚、1Ｈ水素核の縦磁化緩和時間は、1Ｈ水素核と1Ｈ水素核の間の同種核間スピン拡散により、分子内では均一になっている。このような事実、および上記（１）〜（３）の測定手法については、非特許文献５に詳しくまとめられている。
【００２６】
【非特許文献１】E. O. Stejskal, J. E. Tanner, Journal of Chemical Physics, vol.42, No.1, p.288 (1965).
【非特許文献２】W.L. Earl and D.L. VanderHart, Macromolecules, vol.12, pp.762-767 (1979).
【非特許文献３】K. Schmidt-Rhor, J. Clauss, and H.W. Spiess, Macromolecules, vol.25, pp.3273-3227 (1992).
【非特許文献４】M.J. Sullivan and G.E. Maciel, Anal. Chem., vol.54, pp.1615-1623 (1982).
【非特許文献５】K. Schmidt-Rohr and H.W. Spiess in ”Multidimensional solid state NMR and polymers”, Academic press (1994).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
混合物から成る溶液試料のＮＭＲスペクトルを観測するにあたっては、前述のようにＤＯＳＹ法が最も広く用いられている。ＤＯＳＹ法を用いることにより、成分ごとにＮＭＲスペクトルを分離することができるからである。ＤＯＳＹ法は溶液中における分子の並進拡散係数の違いを利用してスペクトルの分離を実行する。しかしながら、固体試料においては並進拡散が存在しない。そのため、固体試料に対しては、ＤＯＳＹ法は適用できないという問題があった。
【００２８】
一方、上記（１）に示した手法を用いれば、13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間の違いを利用して、混合物の信号を分離することができる。ところが、13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間は、分子の局所的な運動性を反映しているので、この測定法による分離は、分子の局所的な運動性の違いによる分離となる。そのため、分子種による分類とは必ずしもならない。
【００２９】
具体的には、分子にメチル基が含まれているような場合、メチル基の運動性は非常に高いので、同じ分子からの他の信号とメチル基の信号は、別々に分離されて観測されてしまうという問題があった。
【００３０】
また、上記（２）に示した手法を用いれば、1Ｈ水素核の横磁化緩和時間の違いを利用して、混合物の信号を分離することができる。ところが、13Ｃ炭素核の縦磁化緩和時間による分離と同様に、この方法もまた分子の局所的な運動性の違いによる分離となる。そのため、分子種による分離とは必ずしもならない。
【００３１】
具体的には、分子にメチル基が含まれているような場合、メチル基の運動性は非常に高いので、同じ分子からの他の信号とメチル基の信号は、別々に分離されて観測されてしまうという問題があった。
【００３２】
また、上記（３）に示した手法を用いれば、1Ｈ水素核の縦磁化緩和測定、および1Ｈ水素核から13Ｃ炭素核への磁化移動の実験により、1Ｈ水素核の縦磁化緩和時間を、その1Ｈ水素核が所属している分子の13Ｃ-ＮＭＲの信号強度変化として取り出すことができる。通常、この測定法は、純品の試料に対してのみ適用されるが、もし混合物にこの測定法を適用することができれば、効果は大きい。
【００３３】
スピン拡散によりスピンＩ（通常は1Ｈ水素核）が分子内において均一な縦磁化緩和時間を持つとき、スピンＩのスペクトルをスピンＩの縦磁化緩和時間で分類することができれば、スピンＩのスペクトルは分子種ごとに分離することができる。
【００３４】
しかしながら、スピンＩのスペクトルは、スピン拡散のために幅の広い特徴のないスペクトルとなる。そのため、スピンＩの縦磁化緩和時間でスピンＩのスペクトルを分離することは困難である。
【００３５】
また、仮に分離が可能であっても、得られるスペクトルは幅の広い特徴のないスピンＩのスペクトルであり、情報量が少ないスペクトルである。情報量の多いスペクトルを得るためには高分解能スペクトルの観測が必須である。
【００３６】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、スピンＩ（通常は1Ｈ水素核）の縦緩和時間の違いに基づき、スピンＩに由来するＮＭＲスペクトル、またはスピンＩと結合したスピンＳ（通常は13Ｃ炭素核）に由来するＮＭＲスペクトルを、比較的簡単な方法で分子種ごとに分離して観測することのできる、混合物の固体試料に用いて好適なＮＭＲ測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ測定方法は、
複数の成分がそれぞれのドメイン内でスピン拡散によりそれぞれ均一な縦磁化緩和時間を有しているときに、各成分のＮＭＲスペクトルを分離して測定するＮＭＲ測定方法であって、
前記均一な縦磁化緩和時間を有している核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、
所定時間ｔを置いて、前記均一な縦磁化緩和時間を有している核のスピン拡散を切断して高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、
ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、
第３の工程により得られた複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程と
を備えたことを特徴としている。
【００３８】
また、前記縦磁化緩和時間の測定は、反転回復法、飽和回復法、またはスピンロックによる回転系縦磁化緩和時間測定法であることを特徴としている。
【００３９】
また、前記スピン拡散の切断は、同種核間相互作用を切断するためのＲＦ照射、または試料の高速回転、またはその両方により行なうことを特徴としている。
【００４０】
また、前記均一な縦磁化緩和時間を有している核は1Ｈ核、または19Ｆ核であることを特徴としている。
【００４１】
また、複数の成分がそれぞれのドメイン内でスピン拡散によりそれぞれ均一な縦磁化緩和時間を有しているときに、各成分のＮＭＲスペクトルを分離して測定するＮＭＲ測定方法であって、
前記均一な縦磁化緩和時間を有している第１の核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、
所定時間ｔを置いて、前記第１の核の励起エネルギーを高分解能でＮＭＲスペクトルを測定可能な第２の核に磁化移動させて、第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、
ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、
第３の工程により得られた複数の第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程と
を備えたことを特徴としている。
【００４２】
また、前記縦磁化緩和時間の測定は、反転回復法、飽和回復法、またはスピンロックによる回転系縦磁化緩和時間測定法であることを特徴としている。
【００４３】
また、前記第１の核は1Ｈ核、または19Ｆ核であることを特徴としている。
【００４４】
また、前記第２の核は1Ｈ核以外の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得可能な核であることを特徴としている。
【００４５】
また、前記第２の核は13Ｃ核、15Ｎ核、29Ｓｉ核、または31Ｐ核であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４６】
本発明のＮＭＲ測定方法によれば、
複数の成分がそれぞれのドメイン内でスピン拡散によりそれぞれ均一な縦磁化緩和時間を有しているときに、各成分のＮＭＲスペクトルを分離して測定するＮＭＲ測定方法であって、
前記均一な縦磁化緩和時間を有している核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、
所定時間ｔを置いて、前記均一な縦磁化緩和時間を有している核のスピン拡散を切断して高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、
ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、
第３の工程により得られた複数の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程と
を備えたので、
スピンＩ（通常は1Ｈ水素核）の縦緩和時間の違いに基づき、スピンＩに由来するＮＭＲスペクトルを、比較的簡単な方法で分子種ごとに分離して観測することのできる固体試料に用いて好適なＮＭＲ測定方法を提供することが可能になった。
【００４７】
また、複数の成分がそれぞれのドメイン内でスピン拡散によりそれぞれ均一な縦磁化緩和時間を有しているときに、各成分のＮＭＲスペクトルを分離して測定するＮＭＲ測定方法であって、
前記均一な縦磁化緩和時間を有している第１の核に縦磁化緩和を起こさせるパルスを照射する第１の工程と、
所定時間ｔを置いて、前記第１の核の励起エネルギーを高分解能でＮＭＲスペクトルを測定可能な第２の核に磁化移動させて、第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する第２の工程と、
ｔを変えて第１の工程と第２の工程を繰り返して、複数の第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを取得する第３の工程と、
第３の工程により得られた複数の第２の核の高分解能ＮＭＲスペクトルを、縦磁化緩和時間に依存して回復するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに基づいて、逆ラプラス変換法により縦磁化緩和時間の値ごとに分類する第４の工程と
を備えたので、
スピンＩ（通常は1Ｈ水素核）の縦緩和時間の違いに基づき、スピンＩと結合したスピンＳ（通常は13Ｃ炭素核）に由来するＮＭＲスペクトルを、比較的簡単な方法で分子種ごとに分離して観測することのできる固体試料に用いて好適なＮＭＲ測定方法を提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本発明においては、スピンＩ（通常は1Ｈ水素核）の縦磁化緩和時間に基づいて、高分解能ＮＭＲスペクトルを分類する。スピンＩの縦磁化緩和時間は、多成分の混合物系においても、同一成分で構成された各微粒子内では、均一な緩和時間を持っているものと仮定する。
【００４９】
すなわち、同一成分で構成された粒子内では、スピン拡散により1Ｈ水素核は均一な縦磁化緩和時間Ｔ1を持つが、異なる成分で構成された粒子間ではスピン拡散が起きないので、1Ｈ水素核は成分ごと（粒子ごと）にそれぞれ異なる縦磁化緩和時間Ｔ1を持つという性質があるためである。
【００５０】
このような均一な縦磁化緩和時間の粒子（ドメイン）を持つ系は、核スピンを有する同種核原子が密に存在しているときに、同種核間のスピン拡散によって実現される。このときのＮＭＲスペクトルは、スピン拡散により幅の広い特徴のないスペクトルとなる。
【００５１】
本発明においては、スピン拡散により各成分が成分ごとに均一な縦磁化緩和時間を持った状態で緩和時間測定を行なうことにより、縦磁化緩和時間を指標として複数の成分から成る混合物を成分ごとに分類する。縦磁化緩和時間による分類は、逆ラプラス変換を用いて、先鋭化したピークとして得るものとする。
【００５２】
本発明においては、（１）核スピンのスピン拡散を抑制することにより高分解能ＮＭＲスペクトルを実現する、または、（２）高分解能ＮＭＲスペクトルが観測できる核へと磁化を移動することにより高分解能ＮＭＲスペクトルを実現する、という手法を取ることにより、前記目標を達成する。
【実施例１】
【００５３】
最初に、スピンＩの縦磁化緩和時間によりスピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルを分離する手法を説明する。この分離を実行するために、図８のフローチャートに示すＮＭＲ測定を行なう。このＮＭＲ測定により、スピンＩの縦磁化緩和時間の測定結果を、スピンＩのスペクトルを通じて測定することができる。
【００５４】
複数の成分から成る混合物のＮＭＲスペクトルを測定すると、スピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルは、各成分のＮＭＲスペクトルの和となる。本測定で得られるスピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルは、スピンＩの縦磁化緩和時間により分類することができる。
【００５５】
すなわち、通常のＮＭＲ測定では、熱平衡の時に最も強いＮＭＲ信号を与えることが知られている。その理由は、２つの準位間において、ボルツマン分布の占拠数の差が熱平衡状態の時に最も大きくなるためである。
【００５６】
従って、縦磁化緩和時間の測定を行なうと、スピンＩの縦磁化緩和時間が短いものほど熱平衡状態に戻る時間が短く、その結果、スピンＩのＮＭＲスペクトル強度の回復が速い。逆に、スピンＩの縦磁化緩和時間が長いものほど熱平衡状態に戻る時間が長く、その結果、スピンＩのＮＭＲスペクトル強度の回復が遅い。
【００５７】
従って、スピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルを測定するのと並行させて、スピンＩの縦磁化緩和時間測定を実行し、このスピンＩの縦磁化緩和時間の違いに由来するＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに逆ラプラス変換を適用すれば、異なる縦磁化緩和時間ごとに分離したスピンＩのＮＭＲスペクトルを得ることができる。
【００５８】
混合物の各成分の中で、スピンＩが均一な縦磁化緩和時間を持っているとき、縦磁化緩和時間による分離は、成分ごとによる分離と同じ意味を持つ。すなわち、縦磁化緩和時間で分離することにより、高分解能ＮＭＲスペクトルを成分ごとに分離することができる。
【００５９】
スピンＩの具体的な例としては、有機物中の1Ｈ核や19Ｆ核が挙げられる。これらの核を含む化合物中では、同種核間相互作用により、1Ｈ核や19Ｆ核の縦磁化緩和時間は、化合物の中では均一になる。観測は、この同種核間相互作用を切断することにより行なわれる。これにより、高分解能ＮＭＲスペクトルの観測が可能となる。
【００６０】
図９に示すように、複数の成分から成る混合物の1Ｈ核もしくは19Ｆ核の高分解能ＮＭＲスペクトルは、各成分の1Ｈ核もしくは19Ｆ核の高分解能ＮＭＲスペクトルとして観測することができる。
【００６１】
図１０は、本測定に用いられるパルスシーケンスのタイムチャートを模式的に示したものである。上段がスピンＩの縦磁化緩和時間の測定に反転回復法を用いた例、下段がスピンＩの縦磁化緩和時間の測定に飽和回復法を用いた例である。
【００６２】
反転パルスまたは飽和パルスを混合物試料に印加した後、所定の待ち時間ｔ（縦磁化緩和測定時間）を置いてスピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルを測定する。この待ち時間ｔを徐々に変えながら、スピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルを繰り返し測定することで、スピンＩの縦磁化緩和時間に依存してスピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルの信号強度が回復していく様子を観測することができる。尚、測定法の詳細は次の通りである。
【００６３】
〈スピンＩの縦磁化緩和時間測定〉
スペクトルの分離にスピンＩのスピン-格子緩和時間（Ｔ1）を用いる場合（単純に縦磁化緩和時間と言う場合には、こちらを指すことがほとんどである）。
【００６４】
反転回復法を用いてスピンＩの縦磁化緩和時間測定を行なう。
【００６５】
飽和回復法を用いてスピンＩの縦磁化緩和時間測定を行なう。
スペクトルの分離にスピンＩの回転系縦磁化緩和時間（Ｔ1ρ）を用いる場合。
【００６６】
スピンロックによりスピンＩの回転系縦磁化緩和時間測定を行なう。
いずれの測定法を用いても、緩和時間測定終了時におけるスピンＩの磁化の大きさが、緩和時間計測パラメーターに応じて変化する。この測定法は、ＮＭＲ測定において広く行なわれている測定法である。
【００６７】
〈スピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトル測定〉
前述した同種核間相互作用を切断することにより、スピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルを実現できる。同種核間相互作用の切断は、ＲＦ磁場の適切な照射、もしくは試料の高速回転、もしくはＲＦ磁場と試料の高速回転を同時に適用することにより実現される。
【００６８】
〈逆ラプラス変換〉
通常は、緩和時間の解析は、線形のフィッティングを用いて行なう。そのため、複数の成分が存在するときには、解析が困難なことがあった。拡散係数の解析に関しても状況は同様であり、解析はやや面倒であった。
【００６９】
しかしながら、拡散係数に関しては逆ラプラス変換を適用することにより、拡散係数の位置にピークをもつスペクトルとして変換できることがＤＯＳＹ法により示された。逆ラプラス変換は、同様にして緩和時間解析にも適用することができ、緩和時間の位置にピークを示すスペクトルを得ることができる。
【実施例２】
【００７０】
次に、スピンＳ（例としては、13Ｃ核、15Ｎ核、29Ｓｉ核、31Ｐ核など、ＮＭＲで高分解能スペクトルを取得可能な、1Ｈ核以外のさまざまな核種が考えられる。ここでは13Ｃ核を取り上げる）の高分解能ＮＭＲスペクトルをスピンＩ（主に1Ｈ）の縦磁化緩和時間により分類する手法を説明する。
【００７１】
この分類を実行するために、図１１のフローチャートに示すＮＭＲ測定を行なう。すなわち、スピンＩの縦磁化緩和時間を測定しながら、スピンＩの励起されたエネルギーをスピンＩと結合したスピンＳに移動させ（磁化移動）、スピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルを通じて、スピンＩの縦磁化緩和時間を測定する。
【００７２】
複数の成分から成る混合物のＮＭＲスペクトルを測定すると、スピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルは、各成分のＮＭＲスペクトルの和となる。本測定で得られるスピンＳのＮＭＲスペクトルは、スピンＩの縦磁化緩和時間により分類することができる。
【００７３】
すなわち、通常のＮＭＲ測定では、熱平衡の時に最も強いＮＭＲ信号を与えることが知られている。その理由は、２つの準位間において、ボルツマン分布の占拠数の差が熱平衡状態の時に最も大きくなるためである。
【００７４】
従って、縦磁化緩和時間の測定を行なうと、スピンＩの縦磁化緩和時間が短いものほど熱平衡状態に戻る時間が短く、その結果、スピンＩに結合しているスピンＳのＮＭＲスペクトル強度の回復は速い。逆にスピンＩの縦磁化緩和時間が長いものほど熱平衡状態に戻る時間が長く、その結果、スピンＩに結合しているスピンＳのＮＭＲスペクトル強度の回復は遅い。
【００７５】
従って、このスピンＩに由来するスピンＳのＮＭＲ信号強度の回復速度の違いに逆ラプラス変換を適用すれば、異なる縦磁化緩和時間ごとに分離したスピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルを得ることができる。
【００７６】
混合物の各成分の中で、スピンＩが均一な縦磁化緩和時間を持っているとき、縦磁化緩和時間による分離は、成分ごとによる分離と同じ意味を持つ。すなわち、スピンＩの縦磁化緩和時間で分離することにより、スピンＳのＮＭＲスペクトルを成分ごとに分離することができる。
【００７７】
スピンＩの具体的な例としては、有機物中の1Ｈ核や19Ｆ核が挙げられる。これらの核を含む化合物中では、同種核間相互作用により、1Ｈ核や19Ｆ核の縦磁化緩和時間は、化合物の中では均一になる。
【００７８】
観測は、1Ｈ核もしくは19Ｆ核の縦磁化緩和時間測定を行ないながら、磁化を13Ｃ核などのスピンＳに移動させる。これにより、13Ｃ核などの高分解能ＮＭＲスペクトルを通じて、1Ｈ核もしくは19Ｆ核の縦磁化緩和時間を測定することができる。
【００７９】
この計測結果に逆ラプラス変換を適用することにより、1Ｈ核もしくは19Ｆ核の縦磁化緩和時間に基づいて、13Ｃ核などの高分解能ＮＭＲスペクトルを分離することができる。
【００８０】
以上のようにして、図１２に示すように、複数の成分から成る混合物の13Ｃ核の高分解能ＮＭＲスペクトルは、各成分の13Ｃ核の高分解能ＮＭＲスペクトルとして分離して観測することができる。
【００８１】
図１３は、本測定に用いられるパルスシーケンスのタイムチャートを模式的に示したものである。上段がスピンＩ（1Ｈ核）の縦磁化緩和時間の測定に反転回復法を用いた様子、下段がスピンＩと結合しているスピンＳ（13Ｃ核）の高分解能ＮＭＲスペクトルを磁化移動法により測定した様子である。尚、図示しないが、スピンＩ（1Ｈ核）の縦磁化緩和時間の測定には、飽和回復法を用いても良い。
【００８２】
1Ｈ核用のチャンネルから反転パルスを混合物試料に印加した後、所定の待ち時間ｔ（縦磁化緩和測定時間）を置いてスピンＩの磁化をスピンＳに移動させる。この磁化移動後のスピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルを13Ｃ核用のチャンネルで観測する。観測時には1Ｈ核用のチャンネルから混合物試料にスピンＩをデカップリングするための高周波を照射する。これにより、スピンＩの結合に由来する信号の広幅化がなくなり、スピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルを観測することができる。
【００８３】
実際の測定では、縦磁化緩和を起こさせるための待ち時間ｔを徐々に変えながら、スピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルを繰り返し測定することで、スピンＩの縦磁化緩和時間に依存してスピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルの信号強度が回復していく様子を観測することができる。尚、測定法の詳細は次の通りである。
【００８４】
〈スピンＩの縦磁化緩和時間測定〉
スペクトルの分離にスピンＩのスピン-格子緩和時間（Ｔ1）を用いる場合（単純に縦磁化緩和時間と言う場合には、こちらを指すことがほとんどである）。
【００８５】
反転回復法を用いてスピンＩの縦磁化緩和時間測定を行なう。
【００８６】
飽和回復法を用いてスピンＩの縦磁化緩和時間測定を行なう。
スペクトルの分離にスピンＩの回転系縦磁化緩和時間（Ｔ1ρ）を用いる場合。
【００８７】
スピンロックによりスピンＩの回転系縦磁化緩和時間測定を行なう。
いずれの測定法を用いても、緩和時間測定終了時におけるスピンＩの磁化の大きさが、緩和時間計測パラメーターに応じて変化する。この測定はＮＭＲ測定において広く行われている測定法である。
【００８８】
〈スピンＩからスピンＳへの磁化移動〉
スピンＩの縦磁化緩和時間測定終了時に残っているスピンＩの磁化をスピンＳへと移す。この手法は異種核間磁化移動手法と呼ばれ、ＮＭＲ測定において広く用いられている。この磁化移動により、緩和時間パラメーターにより変調を受けるスピンＩの磁化の大きさは、スピンＳの磁化の大きさとして観測されるようになる。
【００８９】
すなわちスピンＳの磁化の大きさの変化を解析することにより、間接的にスピンＩの緩和時間を解析する事ができる。
【００９０】
〈スピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルの測定〉
スピンＩから磁化移動によりスピンＳへと移された磁化の時間発展を、スピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルとして観測する。
【００９１】
〈逆ラプラス変換〉
通常は、緩和時間の解析は、線形のフィッティングを用いて行なう。そのため、複数の成分が存在するときには、解析が困難なことがあった。拡散係数の解析に関しても状況は同様であり、解析はやや面倒であった。
【００９２】
しかしながら、拡散係数に関しては逆ラプラス変換を適用することにより、拡散係数の位置にピークをもつスペクトルとして変換できることがＤＯＳＹ法により示された。逆ラプラス変換は、同様にして緩和時間解析にも適用することができ、緩和時間の位置にピークを示すスペクトルを得ることができる。
【実施例３】
【００９３】
本発明のポイントは、スピン拡散により各成分内では均一な縦磁化緩和時間を持っている状態でスピンＩの縦磁化緩和時間測定を行ない、測定は高分解能NMRスペクトルとして測定することである。
【００９４】
実施例１〜２においては、スピンＩが密に存在しておりスピン拡散により均一な縦磁化緩和時間が自動的に達成される状況での測定を示した。一方、スピンＩが疎であってもスピン拡散を人工的に促進できることが報告されている（例：13Ｃ-13Ｃ間の距離相関が得られるＤＡＲＲ（Dipolar Assisted Rotational Resonance）法など）。
【００９５】
従って、スピンIの縦磁化緩和時間測定時にスピン拡散を人工的に促進させ、均一な縦磁化緩和時間を人工的に達成し、その後スピンＩの高分解能ＮＭＲスペクトルを観測する実施方法が考えられる。
【００９６】
また、スピンＩの縦磁化緩和時間測定時にスピン拡散を人工的に促進させ、均一な緩和時間を人工的に達成し、その後スピンＩからスピンＳへと磁化を移動させスピンＳの高分解能ＮＭＲスペクトルを観測する実施方法も考えられる。
【００９７】
結局、本発明の効果は次の通りである。
【００９８】
（１）複数の成分からなる混合物のＮＭＲスペクトルを成分ごとに分離して測定できるようになるために、混合物を精製する必要がなく、成分別に測定を行なえる。
【００９９】
（２）緩和時間解析に逆ラプラス変換を用いることにより、線形のフィッティングなどの複雑な操作が不要になり、複数の成分が重なり合っている場合にも容易に緩和時間解析が可能になる。
【０１００】
（３）混合物の精製が不要になるので、合成途中の反応物を副生成物や反応中間体が混ざったままで測定できる。反応の確認に有用に利用できる。
【０１０１】
（４）同一分子であっても結晶系が異なる場合には異なる緩和時間を示す。そのため、製薬業界で注目されている複数の結晶からなる物質（結晶多系を示す物質）の解析に利用できる。
【０１０２】
（５）結晶と非晶部分が混ざっている試料のそれぞれの成分のスペクトルを分離して観測することができる。
[測定例]
【０１０３】
実際にサントニンとコレステロールの混合物で測定した結果を示す。混合物の分離には1Ｈのスピン-格子緩和時間（縦磁化緩和時間）を用いた。通常の有機物と同様に、サントニンおよびコレステロールは、それぞれの分子内では均一の1Ｈの縦磁化緩和時間を示す。しかしながら、サントニンとコレステロールの1Ｈの縦磁化緩和時間は異なる。これを前提としてスペクトルの分離を行なった。
【０１０４】
緩和時間の解析には逆ラプラス変換を用いた。高分解能ＮＭＲスペクトルの測定には13Ｃ-ＮＭＲを用いた。測定は1Ｈの縦磁化緩和時間測定に続いて1Ｈから13Ｃへの磁化移動を行ない、13Ｃの高分解能ＮＭＲスペクトルを測定することにより実行した。
【０１０５】
通常の13Ｃ-ＮＭＲスペクトルは、図１２の「混合物の13Ｃ-ＮＭＲスペクトル」に示すように、サントニンの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとコレステロールの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの重ね合わせとなる。
【０１０６】
図１４の下側に縦磁化緩和時間解析の結果を示す。逆ラプラス変換を用いることにより、縦磁化緩和時間の位置にピークを示すスペクトルとして現れる。縦軸が緩和時間を示すが、明瞭に二つの成分に分離していることがわかる。ひとつはサントニン(スペクトル下側)であり、ひとつはコレステロール(スペクトル上側)である。
【０１０７】
それぞれの縦磁化緩和時間に対してとったスライスを、図１５および図１６に示す。図１５の上側は、3.06秒の縦磁化緩和時間を示す部分を抜き出したスライスである。図１５の下側に、純品のコレステロールのみを測定した13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを示す。図１５の上側は、混合物から得たスペクトルであるにもかかわらず、コレステロールの信号のみが観測されていることがわかる。
【０１０８】
図１６の上側は、2.2秒の縦磁化緩和時間を示す部分を抜き出したスライスである。図１６の下側に、純品のサントニンのみを測定した13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを示す。図１６の上側は、混合物から得たスペクトルであるにもかかわらず、サントニンの信号のみが観測されていることがわかる。
【０１０９】
以上のように、複数の成分からなる混合物であっても、精製することなく混合物のままで、本発明の手法を用いることにより、それぞれの成分ごとに分離してＮＭＲスペクトルを観測できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
混合物のＮＭＲ測定に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】混合物のＮＭＲスペクトルを示す模式図である。
【図２】混合物の縦磁化緩和時間測定を示す模式図である。
【図３】逆ラプラス変換の概念を示す模式図である。
【図４】逆ラプラス変換によりＮＭＲスペクトルの分離を行なう模式図である。
【図５】ポリエチレンの13Ｃ核の縦磁化緩和時間を測定した例である。
【図６】横磁化緩和時間の計測時間を変えながら磁化移動を行なう測定の例である。
【図７】縦磁化緩和時間測定後、磁化移動を行なう測定の例である。
【図８】本発明にかかるＮＭＲ測定方法の一実施例である。
【図９】本発明にかかるＮＭＲ測定方法の一実施例である。
【図１０】本発明にかかるＮＭＲ測定方法の一実施例である。
【図１１】本発明にかかるＮＭＲ測定方法の別の実施例である。
【図１２】本発明にかかるＮＭＲ測定方法の別の実施例である。
【図１３】本発明にかかるＮＭＲ測定方法の別の実施例である。
【図１４】サントニンとコレステロールの混合物を本発明の方法で測定した例である。
【図１５】混合物から分離されたコレステロールの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルである。
【図１６】混合物から分離されたサントニンの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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