(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする核を含有する固体試料に対して磁気共鳴分光法を実施するための方法であって、前記対象とする核が、核四極子モーメントを伴ってスピン量子数Ｉ，＝１もしくは３／２もしくは５／２もしくは７／２を有するか、または前記対象とする核のスペクトルが不対電子との超微細相互作用によってブロード化される常磁性試料中でスピン量子数Ｉ＝１／２を有し、
前記方法は、
試料を静磁場に曝すことと、
試料をマジック角でスピニングさせることと、
単一の対象とする核のスピンＩの単一量子コヒーレンスまたは多量子コヒーレンスが励起される、前記対象とする核の横方向磁化の広帯域励起と
を含み、
前記広帯域励起は、パルス持続時間０．１μｓ＜τｐ＜２μｓを用いて前記対象とする核に搬送周波数を有する第１のトレインのローター同期ｒｆパルスを印加することによって実施され、第１のトレインのｒｆパルスは、１ローター回転周期τｒｏｔ当たりｎパルスでｋローター回転周期τｒｏｔにわたって及ぶｋ・ｎパルスを含み、ｎは、ｎ＞１の整数である方法。
【請求項２】
前記パルス持続時間τｐは、前記第１のトレインのパルスのすべてのｋ・ｎパルスについて等しいことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記対象とする核は１４Ｎまたは２Ｄであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記対象とする核は１３Ｃまたは１５Ｎであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記各ローター回転周期の間のパルスが、等しく間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
横方向磁化の縦方向磁化への再変換が、第２のトレインの短いローター同期ｒｆパルスを印加することによって実施され、それによって、前記第１のトレインおよび前記第２のトレインが、可変展開間隔ｔ１だけ離れていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２のトレインが、パルスの数ｎ・ｋ、ローター回転周期の数ｋ、１ローター回転周期当たりのパルスの数ｎ、およびパルス持続時間τｐに関して等しいことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１のトレインの短いローター同期ｒｆパルスによる前記対象とする核の励起が、
特に、プロトンからスパイ核への交差分極を使用することによる、スピン量子数Ｓ＝１／２を有するスパイ核の横方向磁化の励起、および
ｒｆ照射の印加を伴わない、またはスパイ核Ｓと前記対象とする核Ｉとの間の双極子相互作用を再カップリングするために多重パルス再カップリングシーケンスの印加を伴った励起間隔τｅｘｃの後に実施され、
それによって、前記第１のトレインの短いローター同期パルスが、前記励起間隔τｅｘｃの直後に適当な搬送周波数で印加されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のトレインのローター同期ｒｆパルスの後の前記対象とする核Ｉの磁化のスパイ核Ｓの横方向磁化への再変換が、再変換間隔τｒｅｃの間に達成されることを特徴とする請求項８、および請求項６又は７のうちの１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記展開間隔ｔ１が、ヘテロ核単一量子または多量子二次元相関分光法の方式で増加されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記展開間隔ｔ１が、ｒｆ搬送周波数に関してスパイ核のＳスピンの周波数オフセットをリフォーカスするために、スパイ核のＳスピンに印加されるリフォーカシング１８０°パルスによって、２つの等しい間隔に分割されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記分割された間隔ｔ１の前記２等分に分けられた持続時間が、τｒｏｔ／２ｎのステップで増加されることによって、間接次元においてより大きいバンド幅を達成し、前記間隔ｔ１中のシグナル減衰による損失を低減することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象とする核を含有する固体試料に対して磁気共鳴分光法を実施するための方法であって、対象とする核が、核四極子モーメントを伴ってスピン量子数Ｉ，＝１もしくは３／２もしくは５／２もしくは７／２を有するか、または対象とする核のスペクトルが不対電子との超微細相互作用によってブロード化される常磁性試料中でスピン量子数Ｉ＝１／２を有し、該方法が、試料を静磁場に曝すことと、マジック角で試料をスピニングさせることと、対象とする核の横方向磁化の広帯域励起とを含む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連した方法は、非特許文献１（［６］）から知られている。
【０００３】
窒素は、生体における多くのプロセスにおいて必須であるタンパク質および核酸において、基本的に重要な構造的および機能的役割を果たす。窒素−１４は、その好都合な同位体存在量（９９．６％）および合理的な磁気回転比（１５Ｎの約７０％）のために潜在的に魅力的な分光学的プローブである。しかし、１４Ｎ  ＮＭＲは、まだ十分に確立された分光学的技法ではない。スピンＳ＝１／２を有する核、例えば、１３Ｃおよび１５Ｎなどと異なり、１４Ｎは、スピンＩ＝１および核四極子モーメントＱを有する。１４Ｎ核の局所電場勾配との相互作用は、約１〜３ＭＨｚもの大きさになり得る四極子カップリング定数ＣＱを特徴とする。静止状態の粉末または結晶では、これは、均一に励起することが困難であって広いプローブおよび受信機のバンド幅を必要とする数ＭＨｚの幅を有するスペクトルの原因となるため、実験の感度が制限される。この問題は、核四極子モーメントＱを有する他の核、ならびに核のスペクトルが不対電子との超微細相互作用によってブロード化される常磁性試料にも生じる。
【０００４】
固体ＮＭＲでは、２階テンソル相互作用（例えば、双極子カップリング、異方性化学シフト、および四極子相互作用）の一次成分は、マジック角スピニング（ＭＡＳ）によって平均することができる。それにもかかわらず、非常に速いスピニング（νｒｏｔ＞５０ｋＨｚ）を用いてさえ、１４Ｎ  ＭＡＳ  ＮＭＲスペクトルは、スピニングサイドバンドを多数もつことを特徴とし（［１］：非特許文献２）、そのエンベロープは、いくつかのパラメータに決定的に依存する（［２］：非特許文献３）。
【０００５】
非特許文献４〜６（［３］〜［５］）では、短パルスのトレインの印加が開示されている（ＤＡＮＴＥ−選択励起のための章動と交互に生じる遅延）。非特許文献６では、１つのスピン種から生じる（すなわち、同じ種類の核から生じ、同じ化学シフトを有する）特定のサイドバンドファミリーの選択的な反転、および単一のスピニングサイドバンドの選択的な励起のために、ＤＡＮＴＥシーケンスがＭＡＳで使用されている。
【０００６】
信頼できる１４Ｎスペクトルは、ヘテロ核単一量子相関分光法およびヘテロ核多量子相関分光法（ＨＳＱＣおよびＨＭＱＣ）の方式で、スパイ核（一般的に１Ｈおよび１３Ｃ）を介した間接検出を通じて得ることができることが近年示された（［６］〜［７］：非特許文献１，７）。今までのところ、これらの方法は、１４Ｎの単一量子または二量子（ＳＱまたはＤＱ）遷移を含むヘテロ核多量子コヒーレンスを励起し、これらのコヒーレンスをスパイ核の観察可能な単一量子（ＳＱ）コヒーレンスに再変換するために、窒素スペクトルの中心に印加される矩形ｒｆパルスの使用を利用している。１４Ｎチャネルに印加される矩形励起パルスおよび再変換パルスの持続時間τｐは、経験的に、一般的に、０．３τｒｏｔ＜τｐ＜０．６τｒｏｔの範囲内に調整することができる。コヒーレンス移動プロセスの効率は、これらのパルスの最適化に決定的に依存する（非特許文献３）。
【０００７】
非特許文献８（［１３］）には、大きい化学シフト異方性（リン−３１）に対して磁気共鳴分光法を実施するための方法が開示されている。リン−３１核の対を伴う多量子コヒーレンスを励起するために、パルスのローター同期「連続した（back-to-back）」（ＢＡＢＡ）シーケンスが使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓ．カバディーニ、Ａ．ルプレスク、Ｓ．アントニジェヴィック、Ｇ．ボーデンハウセン、ジャーナルオブアメリカンケミストリソサエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）１２８巻（２００６年）７７０６頁。
【非特許文献２】Ｔ．ジアバニ、Ｈ．ビルドソエ、Ｊ．スキブステッド、Ｈ．Ｊ．ヤコブセン、ジャーナルオブフィジカルケミストリＢ（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ）１０６巻（２００２年）３０２６頁。
【非特許文献３】Ｓ．カバディーニ、Ｓ．アントニジェヴィック、Ａ．ルプレスク、Ｇ．ボーデンハウセン、ケミカルフィジックスアンドフィジカルケミストリ（ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ）８巻（２００７年）１３６３頁。
【非特許文献４】Ｇ．ボーデンハウセン、Ｒ．フリーマン、Ｇ．Ａ．モーリス、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）２３巻（１９７６年）１７１頁。
【非特許文献５】Ｇ．Ａ．モーリス、Ｒ．フリーマン、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）２９巻（１９７８年）４３３頁。
【非特許文献６】Ｐ．カラバッチ、Ｇ．ボーデンハウセン、Ｒ．Ｒ．エルンスト、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）５５巻（１９８３年）８８頁。
【非特許文献７】Ｚ．ガン、ジャーナルオブアメリカンケミストリソサエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）１２８巻（２００６年）６０４０頁。
【非特許文献８】Ｍ．フェイケ、Ｄ．Ｅ．デムコ、Ｒ．グラフ、Ｊ．ゴットワルド、Ｓ．ハフナー、Ｈ．Ｗ．スピエス、ジャーナルオブマグネティックリゾナンスシリーズＡ（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｓｅｒｉｅｓ  Ａ）１２２巻（１９９６年）２１４頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、大きい一次の四極子相互作用または超微細相互作用から生じる異なる化学シフトを伴う多数のスピニングサイドバンドおよびスピニングサイドバンドのファミリーの均一な励起を可能にする、ＭＡＳを使用する磁気共鳴分光法を実施するための方法を提案することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、シグナル強度を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的は、請求項１に記載の方法によって解決される。本発明によれば、広帯域励起は、パルス持続時間０．１μｓ＜τｐ＜２μｓで、対象とする核に、搬送周波数を有する、（ローター同期ＤＡＮＴＥシーケンスの）第１のトレインのローター同期ｒｆパルスを印加することによって実施され、この第１のトレインのｒｆパルスは、１ローター回転周期τｒｏｔ当たりｎパルスでｋローター回転周期τｒｏｔにわたって及ぶｋ・ｎパルスを含み、ｎは、ｎ＞１の整数である。
【００１２】
励起は、対象とする核のスピンの縦方向磁化から横方向磁化への移動を意味する。対象とする核の横方向磁化の励起は、試料を静磁場に曝しながら実施される。
【００１３】
本発明の方法において使用されるＤＡＮＴＥシーケンスは、ローター同期されており、すなわち、ｎ個の等しく間隔が置かれたパルスが各ローター回転周期τｒｏｔ＝１／νｒｏｔの間に印加される。ｎ＞１パルスが各ローター回転周期τｒｏｔの間に印加されるＤＡＮＴＥシーケンスは、「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスと呼ばれる。この「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスの使用により、ν０±ｎνｒｏｔにおけるものを除いてスピニングサイドバンドが抑制される。「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンス（パルストレイン）の長さτｔｒａｉｎは、「基本」ＤＡＮＴＥシーケンス（ｎ＝１）と比較してｎ分の１に短縮される。これにより、減衰によるシグナル損失が低減され、したがってシグナル強度が増強される。パルストレインの長さτｔｒａｉｎが短いほど、シグナルの強度は良好である。それによって、本発明の方法は、例えば、ローター回転周期のみの代わりにローター回転周期／ｎに等しい滞留時間で、２Ｄ  ＮＭＲ測定の間接的な時間領域ｔ１をサンプリングすることを可能にする。それによって、緩和によってシグナルが減衰する前により多くの点を収集することによって、信号対雑音の大きな向上を達成することができる。間接的な時間領域ｔ１において、サイドバンドは、間接次元の滞留時間をｎで割ったローター回転周期と同期させることによって、構成的に加わるように重畳される。
【００１４】
パルストレインの長さτｔｒａｉｎは、前記パルストレインのフーリエ変換におけるサイドバンドの幅１／τｔｒａｉｎ、ひいては、前記パルストレインによって励起され得るスピン種のオフセットの範囲を決定する。本発明のオーバートーンＤＡＮＴＥシーケンスを使用することによって、スピニングサイドバンドのいくつかが抑制され、スペクトル幅を増大させることができ、それによって広帯域に励起を促進する。本発明の方法では、ＤＡＮＴＥシーケンスは、サイドバンドのファミリーを複数生じさせる複数のスピン種を励起するために使用されることが好ましい。これは、１つのスピン種のみの選択的な励起のために使用することができる、ｎ＝１を有するパルストレインの長さと比較して、ｎ分の１に短縮された長さτｔｒａｉｎのパルストレインを使用することによって達成することができ、それによって、ｒｆ照射スペクトルのサイドバンドをブロード化する。
【００１５】
本発明の方法により、ＮＭＲスペクトル、特に、１Ｄまたは２Ｄスペクトルが得られる。対象とする核は、異なる分子環境における同じような複数の核の１つまたは複数の種を含んでいてもよく、それによって、１つの核であっても種が異なる場合、その化学シフトを異ならせる、すなわち、化学的に不等価とさせる。したがって、１つの種類の核の複数の種の横方向磁化の励起、およびこれらの対応するスピニングサイドバンドファミリーは、広帯域に、すなわち、高周波強度より大きいバンド幅、実際には少なくとも１０ｋＨｚ、好ましくは＞１００ｋＨｚ、通常＜１ＭＨｚで実現することができる。バンド幅は、プローブのチューニングによって制限される可能性が最も高い。
【００１６】
前述した励起から生じる共鳴シグナルは、従来のＮＭＲ検出方法を用いて検出することができるので、一次元または多次元のＮＭＲスペクトルが得られる。
【００１７】
本発明を図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】横方向磁化を励起するための励起パルスを示す図であり、（ａ）は、単一の矩形パルス、（ｂ）は、ｋ＝８（そのうちの５つのみが示されている）であるローター同期パルスを有する「基本」ＤＡＮＴＥスキーム、（ｃ）〜（ｅ）は、１回転周期τｒｏｔ当たりｎ＝２（ｃ）、４（ｄ）、および８（ｅ）パルスを有する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスであって、この使用により、トレイン持続時間τｔｒａｉｎ＝ｋ・τｒｏｔ・１／ｎが短縮されるオーバートーンＤＡＮＴＥシーケンスを夫々示す。
【図２】νｒｏｔ＝６２．５ｋＨｚ（回転周期τｒｏｔ＝１６μｓ）でスピニングしている、多結晶グリシン中の１４Ｎ磁化を直接励起し、観察するための励起プロファイルを示す図であり、（ａ）は、励起のために、持続時間τｐ＝３．５μｓおよびｒｆ振幅ω１（１４Ｎ）／（２π）＝ν１（１４Ｎ）＝６０ｋＨｚ（非常に小さい四極子カップリング定数を有するＮＨ４Ｃｌに対して較正）の単一矩形パルスを使用することにより、高次スピニングサイドバンドのエンベロープが、激しくゆがんでいる場合を示し、（ｂ）は、励起のために、合計時間１３τｒｏｔ＝２０８μｓの間で各持続時間がτｐ＝０．５μｓである、ｎ＝１およびｋ＝１３であるローター同期したパルスを有する「基本」ＤＡＮＴＥスキームを使用している場合を示し、（ｃ）〜（ｅ）は、励起のために、１回転周期τｒｏｔ当たりｎ＝２（ｃ）、４（ｄ）、および８（ｅ）パルスを有する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスが使用することにより、偶数のサイドバンドの振幅がブーストされる一方で、（有効スピニング周波数がｋ倍となるかのように）ν＝νｒｆ±ｋνｒｏｔでのＤＡＮＴＥシーケンスのフーリエ成分と一致しないサイドバンドは励起できなくなる場合をそれぞれ示す。
【図３】マジック角でスピニングする固体における、ヘテロ核多量子相関（ＨＭＱＣ）によるスパイ核Ｓ＝１／２（ここではプロトン）を介した１４Ｎ核Ｉ＝１の間接検出のためのスキームを示す図であり、間隔τｅｘｃ＝ｐτｒｏｔ（ｐは正の整数である）において、ＳＲ４２１などの再カップリングシーケンスは、ヘテロ核双極子１Ｈ−１４Ｎカップリングを導入することによって、ｍ＝±１である逆位相タームＴＳ１，ｍＴＩ２，０およびＴＳ１，ｍＴＩ１，０の創出を可能にする場合を示し、これらは、３つの方法のうちの１つを使用してｍ＝±１およびｍ’＝±１または±２であるヘテロ核コヒーレンスＴＳ１，ｍＴＩ２，ｍ’およびＴＳ１，ｍＴＩ１ｍ’に変換することができる。この３つの方法として、（ａ）は、以前の研究と同様に、ω１（１４Ｎ）／（２π）＝６０ｋＨｚの程度のｒｆ振幅および０．１τｒｏｔ＜τｐ＜０．６τｒｏｔの持続時間の矩形パルス（ここでは、τｐ＝１１μｓおよびτｒｏｔ＝１６μｓ）の場合、（ｂ）は、それぞれが一般的な持続時間τｐ＝０．５μｓ、および一般的なｒｆ振幅ω１（１４Ｎ）／（２π）＝６０ｋＨｚである、ｋ個の短いローター同期パルスを有する「基本」ＤＡＮＴＥシーケンス（すなわち、１ローター回転周期当たりｎ＝１パルス）の場合、及び（ｃ）は、本発明による、１回転当たりｎパルスを有する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンス（ｎ＝２の場合を示す）の場合をそれぞれ示す。
【図４】１８．８Ｔ（プロトンについて８００ＭＨｚ）の静磁場内でνｒｏｔ＝３１．２５ｋＨｚでスピニングしている、グリシンの２Ｄスペクトルからとった断面を示す図であり、（ａ）は、ω１（１４Ｎ）／（２π）＝６０ｋＨｚおよびτｐ＝１８．３μｓの矩形パルスを使用する従来のＨＭＱＣシーケンス、（ｂ）〜（ｃ）は、ｎ＝２およびｋ＝２、すなわち、２τｒｏｔ＝６４μｓの間でそれぞれ印加される、持続時間τｐ＝１．５μｓであるｎ．ｋ＝４パルスを有する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥ  ＨＭＱＣシーケンスであって、具体的には、（ｂ）は、ｔ１が、νｒｏｔのスペクトル幅に導く増分Δｔ１＝τｒｏｔでサンプリングされる場合、一方、（ｃ）は、ｔ１が、増分Δｔ１＝１／２τｒｏｔおよび２νｒｏｔ・のスペクトル幅でオーバーサンプリングされる場合であって、２Ｄスペクトル（ｃ）をオーバーサンプリングすることにより、信号対雑音比が著しく増大する場合をそれぞれ示す。
【図５】１８．８Ｔ（プロトンについて８００ＭＨｚ）の静磁場内でνｒｏｔ＝６２．５ｋＨｚでスピニングしている、多結晶ヒスチジンの二次元（２Ｄ）スペクトルを示す図であり、単一量子（ＳＱ）１４Ｎシグナルと隣接するプロトンのこれに対応するシグナルとの相関を示し、（ａ）は、ω１（１４Ｎ）／（２π）＝６０ｋＨｚおよびτｐ＝１１μｓの矩形パルスを使用する従来の図３（ａ）のＨＭＱＣシーケンス、（ｂ）は、ｎ＝２およびｋ＝２、すなわち、２τｒｏｔ＝３２μｓの間でそれぞれ印加される、持続時間τｐ＝１．１μｓであるｎ．ｋ＝４パルスを有する、図３（ｃ）の「オーバートーン」ＤＡＮＴＥ  ＨＭＱＣシーケンスをそれぞれ示す。
【図６】ヒスチジン中の核Ｎａ、Ｎｂ、およびＮｃのシグナルのω１軸に平行な図５の２Ｄ  ＨＭＱＣスペクトルからとったクロスピークの投影を示す図であり、（ａ）は、図３（ａ）の従来のＨＭＱＣシーケンス、（ｂ）は、ｎ＝１およびｋ＝８、すなわち、８τｒｏｔ＝１２８μｓの間でそれぞれ、τｐ＝０．７μｓであるｎ．ｋ＝８パルスを有する、図３（ｂ）の「基本」ＤＡＮＴＥシーケンス、（ｃ）は、ｎ＝２およびｋ＝２、すなわち、それぞれ２τｒｏｔ＝３２μｓの間でそれぞれ、τｐ＝１．１μｓであるｎ．ｋ＝４パルスを有する、図３（ｃ）の「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスをそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の方法の好適な変形例においては、パルス持続時間τｐは、第１のトレインのパルスのすべてのｋ・ｎパルスについて等しい。
【００２０】
本発明の方法は、発明の背景の説明で述べたように、広いスペクトルを示す核を含有する試料を分析するのに有利である。好適な変形例においては、対象とする核は、核四極子モーメントを伴ってスピン量子数Ｉ＝１を有する核、例えば、１４Ｎまたは２Ｄなどである。
【００２１】
あるいは、対象とする核は、スピン量子数Ｉ＝３／２または５／２または７／２を有する四極子核である。
【００２２】
本発明の方法は、１３Ｃまたは１５Ｎなど、対象とする核がスピン量子数Ｉ＝１／２を有する場合、特に、常磁性試料中に含まれる場合にも有利であり、この場合、対象とする核のスペクトルは、不対電子との超微細相互作用によってブロード化される。
【００２３】
横方向磁化の縦方向磁化への再変換を、第２のトレインの短いローター同期ｒｆパルスを印加することによって実施し、それによって、第１のトレインおよび第２のトレインが、可変展開間隔（evolution interval）ｔ１だけ離れていることが有利である。再変換は、対象とする核のスピンの横方向磁化から縦方向磁化への移動を意味し、試料が前記静磁場に曝される間に実施される。
【００２４】
上記展開間隔が増加する場合、２Ｄスペクトルが生じる。展開間隔が増加しない場合、対象とする核を通じてフィルターされたスパイ核の１Ｄスペクトルが、間接励起の場合にえられる（例えばＳ核１Ｈまたは１３Ｃの１４Ｎでフィルターされた１Ｄスペクトル）（以下を参照されたい）。
【００２５】
好適な変形例では、第１および第２のトレインは、パルスの数ｎ・ｋ、ローター回転周期の数ｋ、１ローター回転周期当たりのパルスの数ｎ、およびパルス持続時間τｐに関して等しい。
【００２６】
本発明の方法の特別な変形例では、第１のトレインの短いローター同期ｒｆパルスによる対象とする核の励起は、特に、プロトン１Ｈから１３Ｃなどのスパイ核への交差分極を使用することによる、スピン量子数Ｓ＝１／２、及び励起間隔τｅｘｃを有するスパイ核からの横方向磁化の励起であって、ｒｆ照射の印加を伴わない、またはスパイ核Ｓと対象とする核Ｉとの間の双極子相互作用を再カップリングするために多重パルス再カップリングシーケンスの印加を伴った励起の後に実施され、それによって、第１のトレインの短いローター同期パルスが、励起間隔τｅｘｃの直後に適切な搬送周波数で印加される。スパイ核として１Ｈまたは１３Ｃを使用することが好適である。一般的に、ｋ・τｒｏｔにおける短パルスの数ｋは、ＤＡＮＴＥシーケンスの長さτｔｒａｉｎが、ほとんどの間接検出実験においてこれまでに使用された矩形励起パルスおよび再変換パルスよりはるかに長くなるように選ばれる。再カップリングにより、スピンＩに対して逆位相でのスピンＳのコヒーレンスを増大することができる。再カップリングシーケンスがまったく印加されない場合、スピンＩに対して逆位相でのスピンＳのコヒーレンスの増大は、スカラーＪ−カップリングと残留双極子分裂との組み合わせた効果の下で起こり得る。第１のトレインの短いローター同期パルスを印加することによって、対象とする核を含むヘテロ核多量子コヒーレンスが励起される（逆位相コヒーレンスがヘテロ核コヒーレンスへ移動される）。
【００２７】
第２のトレインのローター同期ｒｆパルスの後の対象とする核の磁化の再変換は、再変換間隔τｒｅｃを含むことが好適である。
【００２８】
展開間隔ｔ１は、特にステップτｒｏｔ／ｎにおいて、ヘテロ核単一量子または多量子二次元相関分光法を用いて増加させることができる。
【００２９】
展開間隔ｔ１は、ｒｆ搬送周波数に関してスパイ核のＳスピンの周波数オフセットをリフォーカスするために、スパイ核のＳスピンに印加されるリフォーカシング１８０°ｒｆパルスによって、２つの等しい間隔に分割されることが好ましい。第１および第２のトレインは、リフォーカシングパルスに関して対称的に印加され、すなわち、第１のトレインの最後とリフォーカシングパルスの中心との間の時間間隔は、リフォーカシングパルスの中心と第２のトレインの最初との間の時間間隔に、持続時間において等しい。
【００３０】
分割された上記間隔ｔ１の上記２等分にわけられた持続時間が、τｒｏｔ／２ｎのステップで増加されることによって、間接次元においてより大きいバンド幅を達成し、間隔ｔ１中のシグナル減衰による損失を低減する場合、これは有利である。
【００３１】
さらなる利点を本説明および添付の図面から抜粋することができる。上述した特徴および以下に述べられる特徴は、個々に、または任意の組合せで一括して本発明に従って使用することができる。述べられる実施形態は、網羅的な列挙として理解されるべきでなく、むしろ本発明を説明するための例示的な特徴を有する。
【００３２】
図１は、大きい一次四極子または超微細相互作用から生じるスピニングサイドバンドのいくつかのファミリーを励起するための様々な可能性を示す。本発明の方法では、現在の技術から公知である持続時間τｐを有する従来の矩形ｒｆパルスは、ＤＡＮＴＥシーケンス、すなわち、パルス持続時間τｐを伴った１ローター回転周期当たりｎパルスのｋローター回転周期内のｋ・ｎパルスのトレインと差し替えられる。図１（ｂ）〜（ｅ）に示された例では、各トレインは、８ｒｆパルスを含む（スペースの不足のために、８ローター回転周期のうちの５つのみが図１（ｂ）に示されている）。
【００３３】
図１（ｂ）は、１ローター回転周期当たりｎ＝１パルスを有する「基本」ＤＡＮＴＥシーケンスを示す。この例において与えたトレインのパルスの数は、単に例示的であることに留意されたい。実際には、１トレイン当たりのパルスの数は、対象とする核のスピンの所望のフリップ角が、ＤＡＮＴＥシーケンスを照射することによって達成されるように選ばれる。
【００３４】
１ローター回転周期当たりｎ＝１パルスおよびパルス持続時間τｐを有するｋローター回転周期の代わりに、１ローター回転周期当たりｎパルスおよびパルス持続時間τｐを有するｋ／ｎローター回転周期を含む「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスを印加することができる（図１（ｃ）〜（ｅ））。１ローター回転周期当たりのパルスの数ｎが高いほど、所与のフリップ角を用いて対象とする核を励起するためのトレイン持続時間が短く（等しいパルス持続時間および振幅が仮定される）、それによってシグナルの強度を増大させる。
【００３５】
シーケンス内のパルスは等しく間隔を置いて配置され、ローターは同期されている。パルス持続時間τｐは、シーケンス内でパルスによって変化してもよい。しかしほとんどの場合、トレインは、等しいパルス長のパルスを含む。このシーケンスは、対象とする核の横方向磁化を励起するために印加される。他の効果（例えば、反転またはリフォーカシング）を生じさせるために印加することができる他のパルスは、ＤＡＮＴＥシーケンスに関連して述べられた制限を受けない。
【００３６】
本発明のオーバートーンＤＡＮＴＥシーケンスを使用することによって横方向磁化を励起することにより、シグナル強度が増強されながら、多数のスピニングサイドバンドファミリーがより均一に励起され得る。本発明の方法は、一次元および多次元のＮＭＲ実験において適用することができる。
【００３７】
図２は、直接励起、および単一の矩形パルス、ｎ＝１を有する基本ローター同期ＤＡＮＴＥ法、または１ローター回転周期当たりｎ＝２、４、もしくは８パルスを有する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスを使用する１４Ｎの検出によって達成することができる励起プロファイルを示す。受信機バンド幅を１ＭＨｚに設定し、パルス振幅を、ごくわずかな四極子カップリングを有する塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）を使用して６０ｋＨｚに較正した。基本およびオーバートーンＤＡＮＴＥシーケンスについて、ローター回転周期の数ｋおよびパルス長τｐは、最大の横方向磁化を達成するように経験的に最適化した。ｎ＝１で、ＤＡＮＴＥシーケンスの高周波照射サイドバンドは、スピニングサイドバンドと一致し、ただし、搬送周波数はスピニングサイドバンドの１つと一致する。ｎ＝２で、ＤＡＮＴＥシーケンスの高周波照射サイドバンドは、偶数のスピニングサイドバンドと一致し、ただし搬送周波数はスピニングサイドバンドの１つと一致する。ｎ＝４で、ＤＡＮＴＥシーケンスの高周波照射サイドバンドは、４つごとのスピニングサイドバンドと一致し、ただし搬送周波数はスピニングサイドバンドの１つと一致するなどである。
【００３８】
図３は、１４Ｎの間接検出のためのスキームを示す。１４Ｎの間接検出は、他で詳細に記載されているように［２、６〜１２］、窒素−１４の単一量子または二量子（ＳＱまたはＤＱ）コヒーレンスと、１Ｈまたは１３ＣなどのスピンＳ＝１／２を有する適切なスパイ核のＳＱコヒーレンスとの間のコヒーレンスの移動を活用する。コヒーレンスの移動は、残留双極子分裂（ＲＤＳ）［２、６］、スカラーカップリング［７、８］、またはヘテロ核双極子相互作用を介して達成することができることが公知であり、ただしこれらは、［１０、１１］に記載されているように、適当なパルスシーケンスによって「再カップリング」される。
【００３９】
励起間隔τｅｘｃの最後で（図３を参照されたい）、これらの相互作用は、ｍ＝±１であるスピンテンソル積演算子ＴＳ１，ｍＴＩ２，０およびＴＳ１，ｍＴＩ１，０によって記述することができる状態に導く。この時点で、スピンＩ（すなわち、１４Ｎ）のコヒーレンス次数は依然としてｐＩ＝０であり、一方、スピンＳ（すなわち、１Ｈまたは１３Ｃ）については、スピンはコヒーレンス次数ｐＳ＝±１を有する。カバディーニら［２］によって記載された１４Ｎ  ＮＭＲ実験では、次数ｐＩ＝±１またはｐＩ＝±２の１４ＮスピンＩのＳＱまたはＤＱコヒーレンスは、窒素スペクトルの四極子ダブレットの中心の約１０ｋＨｚ内でｒｆパルスを印加することによって創出される。これらのコヒーレンスは、展開時間ｔ１の間に自由に展開することが可能であり、展開時間の最後に、これらは、スパイ核の観察可能なＳＱコヒーレンスＴＳ１，ｍに対称的に再変換される。励起・再変換１４Ｎパルスの最適の持続時間τｐは、スピニング周波数および四極子カップリング定数ＣＱに依存し、実験的に最適化されなければならない。ｒｆ振幅ν１（１４Ｎ）＝５７ｋＨｚを使用してνｒｏｔ＝３０ｋＨｚでスピニングするＬ−アラニン（ＣＱ＝１．１３ＭＨｚ）の試料について、最適条件［２］は、１４Ｎ  ＳＱ（ｐＩ＝±１）に関して約１１μｓのτｐ（約１／３のτｐ／τｒｏｔ）であり、１４Ｎ  ＤＱ（ｐＩ＝±２）に関して約２２μｓのτｐ（約２／３のτｐ／τｒｏｔ）であり、これは、約１６μｓのτｐ、約０．５τｒｏｔ（約１／２のτｐ／τｒｏｔ）の妥協点を示す。全体的な励起−再変換効率は、ＳＱおよびＤＱコヒーレンスについてそれぞれ約１６％および１３％であった。
【００４０】
本発明の方法では、持続時間τｐの矩形窒素−１４パルスは、ＤＡＮＴＥシーケンス、すなわち、１ローター回転周期当たりｎパルスを有するｋローター回転周期に差し替えられる。図３に示した例（プロトンを介した１４Ｎの間接検出）では、ローター回転周期の数は、２＜ｋ＜１５であり、パルス持続時間は、約０．７μｓ以下のτｐである。矩形１４Ｎパルスと類似して、第１のＤＡＮＴＥシーケンスは、１４Ｎ  ＳＱおよびＤＱコヒーレンスを伴うヘテロ核ＭＱコヒーレンスを誘導する。ｔ１の展開間隔の後、第２のＤＡＮＴＥシーケンスにより、これらのヘテロ核コヒーレンスを状態ＴＳ１，ｍＴＩ２，０およびＴＳ１，ｍＴＩ１，０に再変換することができる。励起・再変換ＤＡＮＴＥシーケンスは、ｎ、ｋおよび持続時間τｐが同じであることが好ましい。それにもかかわらず、本発明の方法は、再変換ＤＡＮＴＥシーケンスと、ｎ、ｋおよび持続時間τｐが異なる励起ＤＡＮＴＥシーケンスを用いて図３のスキームに従って実施することができる。再変換ＤＡＮＴＥシーケンスは、矩形パルスと差し替えることもできる。
【００４１】
カバディーニら［２］によって記載された位相サイクルにより、所望のコヒーレンス経路を選択できる、すなわち、１４Ｎ  ＳＱまたはＤＱコヒーレンスを選択することができる。この研究では、ＳＱ経路からの結果のみが提示されている。しかし、本発明は、ＤＱについても使用することができる。スキームの効率は、各ＤＡＮＴＥシーケンスについてのローター回転周期の数ｋ、および個々のパルスの持続時間τｐの両方を変更することによって最適化されている。νｒｏｔ＝６２．５ｋＨｚおよびνｒｏｔ＝３１．２５ｋＨｚ（τｒｏｔ＝１６μｓ、τｒｏｔ＝３２μｓ）でスピニングするグリシンおよびヒスチジンの多結晶試料に対する実験は、８００ＭＨｚのプロトンラーモア周波数に対応する静磁場Ｂ０＝１８．９Ｔ内で実施される。
【００４２】
本発明は、展開時間ｔ１の最初および最後における従来の矩形励起・再変換パルス（図３ａ）は、ローター同期ＤＡＮＴＥシーケンスによって差し替えることができることを示す。一般的に、１ローター回転周期当たりｎ＝１パルスを用いて、１２τｒｏｔ内でｋ＝１２の短パルスを使用することができ、その結果、ＤＡＮＴＥシーケンスは、ほとんどの間接検出実験においてこれまでに使用された矩形励起・再変換パルスよりはるかに長くなる。双極子相互作用によるシグナル減衰を制限することから、ＤＡＮＴＥ実験は、３０ｋＨｚより高いスピニング周波数での実施が最も好ましい。
【００４３】
単一の矩形パルスまたはＤＡＮＴＥシーケンスを用いた直接励起を比較すると（図２ａおよび図２ｂ）、後者のスキームにより、多くのスピニングサイドバンドについて、格段に均一な励起を達成させ得ることが分かる。１ローター回転周期当たりｎ＝２、４、および８パルスを有する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスにより（図２（ｃ）〜（ｅ））、搬送周波数νｒｆと一致する中心バンドに加えて、νｒｆ±ｎνｒｏｔ（式中、ｎ＝２、４、および８）で間隔を置いて配置されたスピニングサイドバンドのみが出現するスペクトルがもたらされる。１回転周期当たりのパルスの数は、ｎ＝２、４、および８に限定されないことに留意されたい。「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスは、スピニング周波数がｎνｒｏｔにブーストされうる場合に予期されるものと同様のサイドバンドパターン（図２（ｃ）〜（ｅ））を生じさせることに留意されたい。間接ｔ１次元（図３（ｃ））では、これにより、小さい増分Δｔ１＝νｒｏｔ／ｎの使用によるオーバーサンプリングが可能となる。これにより、ω１ドメインのスペクトル幅のｎ倍の増加がもたらされ、且つ、シグナル減衰の前により多くの点を獲得し、より広いスペクトル範囲にわたってノイズを散らすことによって信号対雑音比がブーストされる。これは図４に示されており、図中ω１次元において、３１．２５０ｋＨｚでスピニングしているグリシンのスペクトルは、通常のＨＭＱＣシーケンス（図４（ａ））、通常のサンプリング（図４（ｂ））およびオーバーサンプリング（図４ｃ）での「オーバートーン」ＤＡＮＴＥ（ｎ＝２）を用いて得られる。
【００４４】
ほとんどの固体ＮＭＲ分光計は、サブマイクロ秒パルスを発するように設計されていない。実際には、パルス形状の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジは、とりわけ、プローブの高品質Ｑ係数のためにゆがめられることになる。都合のいいことには、ＤＡＮＴＥシーケンスはかなり寛容であることが分かる。
【００４５】
ＤＡＮＴＥシーケンス、特に、短い持続時間τｔｒａｉｎ，＝ｋτｒｏｔを有するｎ＞１であるオーバートーンＤＡＮＴＥシーケンスは、相対的に広帯域であり、高周波スペクトル中のサイドバンドの幅は１／τｔｒａｉｎ，に比例するので、搬送周波数付近に１つのサイドバンドを有するサイドバンドのいくつかのファミリーを励起することができる。図５および６中のスペクトルは、単一のＤＡＮＴＥシーケンスは、ｒｆ振幅が６０ｋＨｚである場合に少なくとも１０ｋＨｚに及ぶいくつかの等方性シフトを励起することができることを示す。Ｎ１４次元のシフトは小さく、これらはすべて、ＤＡＮＴＥシーケンスの高周波照射の単一のサイドバンドの幅内に入る。
【００４６】
上述したＤＡＮＴＥ手法を、ＨＭＱＣによる１４Ｎ  ＳＱの間接（プロトン）検出と組み合わせた。基本のローター同期ＤＡＮＴＥスキーム（１ローター回転周期当たりｎ＝１パルス、ｋ＝１３ローター回転周期）を使用すると、図６のスペクトルに示すように、励起効率の向上は、ｋ＝１３ローター回転周期の間の著しいＴ２’損失を相殺するのに十分であった。間隔ｋτｒｏｔ内の損失を低減するために、高スピニング速度で試料をスピニングすることは有利である。小さい四極子相互作用ＣＱ＝１．１８ＭＨｚを有するグリシンについて、基本ＤＡＮＴＥシーケンスの効率は、矩形パルスを有するＨＭＱＣシーケンスに匹敵する。より大きい四極子カップリング定数（約１〜３ＭＨｚのＣＱ）を有するヒスチジン中の芳香族窒素核について、ＤＡＮＴＥによる大きな改善が認識される（図５）。ヒスチジン中の３つすべての窒素部位、すなわち、Ｎａ（＝ＮＨ３＋）、Ｎｂ（＝酸性芳香族ＮＨ）、およびＮｃ（＝塩基性芳香族Ｎ）を、間接次元で励起および分解することができた一方で、従来のＨＭＱＣスペクトルでは、最小の四極子相互作用を有するＮａ共鳴のみを励起することができた。励起の改善は、図５の２Ｄスペクトルを通る断面を比較することによって、図６に例示されている。ＮａＨ３よりはるかに大きい四極子カップリング定数を有する芳香族ＮｂＨおよびＮｃ部位についての著しい改善に留意されたい。励起および再変換の両方について、１ローター回転周期当たりｎ＝２パルスおよびｋ＝２ローター回転周期を有し、持続時間のそれぞれがτｐ＝１．１μｓである「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスを使用することによって得られる励起が最も好ましい。
【００４７】
先に述べた例は１４Ｎに関係するが、同じ原理を、例えば、１４Ｎもしくは２Ｄなどのスピン量子数Ｉ＝１を有するもの、スピン量子数Ｉ＝３／２もしくは５／２もしくは７／２を有するもの、または特に、対象とする核のスペクトルが不対電子との超微細相互作用によってブロード化される常磁性試料中含まれる１３Ｃもしくは１５Ｎなどのスピン量子数Ｉ＝１／２を有するものなど、多数の他の核に適用することができる。
【００４８】
このように、高周波数（例えば、τｒｏｔ＝１６μｓとなる、νｒｏｔ＝６２．５ｋＨｚ）で、マジック角でスピニングする試料中の対象とする核に印加される、特別あつらえの励起のための転頭運動交互遅延（ＤＡＮＴＥ）の方式での短いローター同期パルスのトレインにより、例えば、ヒスチジン中の芳香族窒素−１４核に起こるような大きい一次四極子相互作用から生じる多数のスピニングサイドバンドの均一な励起を達成できることがわかる。通常用いられるｒｆ振幅ω１（１４Ｎ）／（２π）＝６０ｋＨｚおよび一般的な持続時間０．５＜τｐ＜２μｓをもつ非常に短いパルスとともに、１３τｒｏｔ＝２０８μｓ内のＫ＝１３ローター同期パルスを用いて効率的な励起を達成することができる。あるいは、１ローター回転周期当たりｎ＝２、４、または８パルスを使用する「オーバートーン」ＤＡＮＴＥシーケンスを用いても、より少ないローター回転周期、一般的に２〜４τｒｏｔ内でより効率的な広帯域励起を達成することができる。これらの原理は、ヘテロ核多量子相関分光法（ＨＭＱＣ）の方式で１Ｈまたは１３ＣなどのＳ＝１／２を有するスパイ核を介した、Ｉ＝１を有する１４Ｎ核の間接検出と組み合わせることができる。
【００４９】
矩形励起パルスをローター同期ＤＡＮＴＥシーケンスに差し替えた場合、著しい利点がある。これは、１４Ｎスペクトルの直接励起、および１Ｈまたは１３Ｃなどのスパイ核を介した間接検出の両方に有用となり得る。シグナル減衰を制限するために、非常に高いスピニング周波数を用いたＤＡＮＴＥ実験が最も好ましい。
【００５０】
ここに提示した基本およびオーバートーンＤＡＮＴＥスキームは、スペクトルの幅がＭＡＳ周波数および利用可能なＲＦ磁界強度の両方より何倍も大きい、多くのスピニング試料により広く適用可能となり得る。半整数の四極子核について、これは、サテライト遷移の励起および検出を著しく改善することができる。これらの方法はさらに、３０ｋＨｚ未満のスピニング周波数および１０ｋＨｚ未満のＲＦ磁界強度を有するＭＡＳの場合のスピン１／２核に有用となり得る。これは、いくつかの動的核分極（ＤＮＰ）実験において見出されるような、ＭＡＳ影響下での常磁性系中の不対電子の場合に特に適切となりうる。ローター同期マイクロ波パルスは、ＤＮＰのために電子スピンを操作するのに有用となる場合がある。
【００５１】
刊行物
［１］Ｔ．ジアバニ、Ｈ．ビルドソエ、Ｊ．スキブステッド、Ｈ．Ｊ．ヤコブセン、ジャーナルオブフィジカルケミストリＢ（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ）１０６巻（２００２年）３０２６頁。
［２］Ｓ．カバディーニ、Ｓ．アントニジェヴィック、Ａ．ルプレスク、Ｇ．ボーデンハウセン、ケミカルフィジックスアンドフィジカルケミストリ（ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ）８巻（２００７年）１３６３頁。
［３］Ｇ．ボーデンハウセン、Ｒ．フリーマン、Ｇ．Ａ．モーリス、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）２３巻（１９７６年）１７１頁。
［４］Ｇ．Ａ．モーリス、Ｒ．フリーマン、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）２９巻（１９７８年）４３３頁。
［５］Ｐ．カラバッチ、Ｇ．ボーデンハウセン、Ｒ．Ｒ．エルンスト、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）５５巻（１９８３年）８８頁。
［６］Ｓ．カバディーニ、Ａ．ルプレスク、Ｓ．アントニジェヴィック、Ｇ．ボーデンハウセン、ジャーナルオブアメリカンケミストリソサエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）１２８巻（２００６年）７７０６頁。
［７］Ｚ．ガン、ジャーナルオブアメリカンケミストリソサエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）１２８巻（２００６年）６０４０頁。
［８］Ｓ．カバディーニ、Ｓ．アントニジェヴィック、Ａ．ルプレスク、Ｇ．ボーデンハウセン、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）１８２巻（２００６年）１６８頁。
［９］Ｓ．カバディーニ、プログレスインニュクリアマグネティックリゾナンススペクトロスコピー（Ｐｒｏｇ．Ｎｕｃｌ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．）５６巻（２０１０年）４６頁。
［１０］Ｚ．ガン、Ｊ．Ｐ．アモロー、Ｊ．ツレボスク、ケミカルフィジックスレター（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）４３５巻（２００７年）１６３頁。
［１１］Ｓ．カバディーニ、Ａ．アブラハム、Ｇ．ボーデンハウセン、ケミカルフィジックスレター（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）４４５巻（２００７年）１頁。
［１２］Ｓ．カバディーニ、Ｖ．ビトズツム、Ｓ．ウルゼガ、Ａ．アブラハム、Ｇ．ボーデンハウセン、ジャーナルオブマグネティックリゾナンス（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）１巻（２０１０年）５７頁。
［１３］Ｍ．フェイケ、Ｄ．Ｅ．デムコ、Ｒ．グラフ、Ｊ．ゴットワルド、Ｓ．ハフナー、Ｈ．Ｗ．スピエス、ジャーナルオブマグネティックリゾナンスシリーズＡ（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｓｅｒｉｅｓ  Ａ）１２２巻（１９９６年）２１４頁。
【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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