(57)【要約】【課題】二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあっても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができるＮＭＲ検出器を提供する。【解決手段】第１のＲＦと第１のＲＦよりも低い周波数を持つ第２のＲＦに同調する二重同調回路の近傍に第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、二重同調回路側の第２のＲＦが共振するコイルの長さを短くし、そのインダクタンスの減少分を補うように、コイルの接地端側に、第１のＲＦに対してはｎ／４波長共振器（ｎは奇数）として働き、第２のＲＦに対してはインダクタンスとして働き、第３のＲＦに対してはバンド・リジェクト・フィルタとして働く電子回路を設けた。【選択図】  図５
2006208216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルコイルと、該サンプルコイルの両端に直列接続された２つのコイルと、それらに附属してＬＣ共振回路を構成する同調整合コンデンサ群とから成り、サンプルコイルと同調整合コンデンサ群により第１のＲＦに同調するとともに、サンプルコイルと２つのコイルと同調整合コンデンサ群とにより第２のＲＦに同調する二重同調回路を設け、その近傍に第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、
二重同調回路側の第２のＲＦが共振する２つのコイルのうち、少なくとも一方のコイルの長さを短くし、そのインダクタンスの減少分を補うように、コイルの接地端側に、第１のＲＦに対してはｎ／４波長共振器（ｎは奇数）として働き、第２のＲＦに対してはインダクタンスとして働き、第３のＲＦに対してはバンド・リジェクト・フィルタとして働く電子回路を設けたことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項２】
第１のＲＦは1Ｈ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第２のＲＦは2Ｄ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第３のＲＦは31Ｐ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波であることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ検出器。
【請求項３】
第３のＲＦに対してバンド・リジェクト・フィルタとして働く電子回路は、31Ｐ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持ったコイルとコンデンサによる並列共振回路であることを特徴とする請求項２記載のＮＭＲ検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＭＲ装置に用いられるＮＭＲ検出器に関し、特に、異なる周波数で共振する複数の同調回路を備えたＮＭＲ検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、多核観測用のＮＭＲ検出器では、水素核（1Ｈ核）などを測定する高い周波数ｆ1（例えば、７００ＭＨｚ、以降ＨＦ周波数と呼ぶ）で共振するコイル（以降ＨＦコイルと呼ぶ）と、炭素核（13Ｃ核）、窒素核（15Ｎ核）、リン核（31Ｐ核）などを測定する低い周波数ｆ2（例えば、13Ｃ核では１７６ＭＨｚ、15Ｎ核では７１ＭＨｚ、31Ｐ核では２８４ＭＨｚ、これらを以降ＬＦ周波数と呼ぶ）で共振するコイル（以降ＬＦコイルを呼ぶ）とを備えており、ＨＦコイルには、重水素核（2Ｄ核）を測定するロック用の周波数ｆ3（例えば、１２３ＭＨｚ、以降ロック周波数と呼ぶ）でも共振可能なように、二重同調回路が備えられている。
【０００３】
図１は、従来の多重同調ＮＭＲ検出器の一例を示す図である。最初に、ＨＦの共振モードについて説明する。図１中、Ｌ３がＨＦコイル（第１のサンプルコイル）である。ＨＦ周波数を持ったＲＦは、ＨＦ入力ポートＰ１から導入される。Ｐ１から導入されたＲＦは、ＨＦコイルＬ３、ＨＦ同調コンデンサＣ５、Ｃ６、および浮遊容量Ｃ６'、ＨＦ整合コンデンサＣ７およびＣ８により構成されるＬＣ共振回路で平衡型共振し、Ｌ３近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＨＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ３により検出され、Ｐ１を介して外部に取り出される。このモードは、図２に示すような構成である。尚、このモードでは、ヘリカルコイルＬ１、Ｌ２は、分布インダクタンスとして働き、ＨＦの１／４波長共振器として作用する。たとえば、ＨＦが７００ＭＨｚの場合、１／４波長は１０２〜１０７ｍｍ程度になる。そのため、ＨＦは、ノード１、２で電界振幅が最大になり、コンデンサＣ４とコンデンサＣ２の接地端で電界振幅がゼロになるような電磁界分布を取る。その結果、ノード１からヘリカルコイルＬ１側寄り、および、ノード２からヘリカルコイルＬ２側寄りの部分ではＨＦは反射され、共振に関与しない。尚、ＨＦの上記波長共振器としては、１／４波長共振器として作用させる場合が一般的であるが、ｎ／４波長共振器（ｎは奇数）として作用させても良い。
【０００４】
次に、ロック周波数の共振モードについて説明する。図１中、ＨＦコイルＬ３、ヘリカルコイルＬ１、ヘリカルコイルＬ２を合わせたものが、ロック周波数に共振する共振コイルである。このモードでは、ヘリカルコイルＬ１、Ｌ２は、集中インダクタンスとして働く。Ｌ１とＬ２のインダクタンスは、Ｌ３のインダクタンスよりも数倍大きいため、Ｌ３のインダクタンスは共振にほとんど寄与しない。ロック周波数を持ったＲＦは、ロック用ＲＦ入力ポートＰ２から導入される。Ｐ２から導入されたＲＦは、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および、ロック用同調コンデンサＣ１およびＣ２、ロック用整合コンデンサＣ３およびＣ４により構成されるＬＣ共振回路で平衡型共振し、Ｌ３近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にロック周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したロック信号がＬ３により検出され、Ｐ２を介して外部に取り出される。このモードは、図３に示すような構成である。
【０００５】
次に、ＬＦの共振モードについて説明する。図１中、Ｌ４はＬＦコイル（第２のサンプルコイル）である。ＬＦ周波数を持ったＲＦは、ＬＦ入力ポートＰ３から導入される。Ｐ３から導入されたＲＦは、ＬＦコイルＬ４、ＬＦ同調コンデンサＣ９、Ｃ１０、およびＣ１１、ＬＦ整合コンデンサＣ１２およびＣ１３により構成されるＬＣ共振回路で平衡型共振し、Ｌ４近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＬＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ４により検出され、Ｐ３を介して外部に取り出される。
【０００６】
ところで、ＨＦ周波数とロック周波数に二重同調する二重同調回路は、同時にＬＦ周波数（特に31Ｐ核の共鳴周波数）の近くに寄生共振が発生することが多い。この寄生共振は、図４に示すようなモードで起きる。ＬＦ周波数のＲＦは、ポートからではなく、第１のサンプルコイルＬ３と第２のサンプルコイルＬ４との間の電磁気的結合を介して、この共振モードに導入される。このとき、寄生共振周波数がＬＦ周波数に近くなると、二重同調回路とＬＦ同調回路との間に電気的な干渉を生じ、ＬＦ側の同調操作や印加電力の試料への照射効率に不都合が発生する。そこで、従来は、二重同調回路の寄生共振周波数とＬＦ周波数とが互いに近くならないようにするために、二重同調回路側の配線の長さなどを調節し、二重同調回路の寄生共振周波数とＬＦ周波数とを引き離す工夫を行なってきた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２７１３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、ＨＦ周波数とロック周波数を本来の性能が出るように合わせようとすると、寄生共振周波数がＬＦ周波数に非常に近くなることが避けにくくなることがある。その理由は、実際に組み立てる回路では、配線の長さや部品定数に多少のばらつきがあり、その状態でＨＦ周波数とロック周波数の性能を引き出そうとすると、どうしても寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあるためである。
【０００９】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあっても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができるＮＭＲ検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ検出器は、
サンプルコイルと、該サンプルコイルの両端に直列接続された２つのコイルと、それらに附属してＬＣ共振回路を構成する同調整合コンデンサ群とから成り、サンプルコイルと同調整合コンデンサ群により第１のＲＦに同調するとともに、サンプルコイルと２つのコイルと同調整合コンデンサ群とにより第２のＲＦに同調する二重同調回路を設け、その近傍に第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、
二重同調回路側の第２のＲＦが共振する２つのコイルのうち、少なくとも一方のコイルの長さを短くし、そのインダクタンスの減少分を補うように、コイルの接地端側に、第１のＲＦに対してはｎ／４波長共振器（ｎは奇数）として働き、第２のＲＦに対してはインダクタンスとして働き、第３のＲＦに対してはバンド・リジェクト・フィルタとして働く電子回路を設けたことを特徴としている。
【００１１】
また、第１のＲＦは1Ｈ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第２のＲＦは2Ｄ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波、第３のＲＦは31Ｐ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持つ高周波であることを特徴としている。
【００１２】
また、第３のＲＦに対してバンド・リジェクト・フィルタとして働く電子回路は、31Ｐ核の共鳴周波数に近い共振周波数を持ったコイルとコンデンサによる並列共振回路であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＮＭＲ共振器によれば、
サンプルコイルと、該サンプルコイルの両端に直列接続された２つのコイルと、それらに附属してＬＣ共振回路を構成する同調整合コンデンサ群とから成り、サンプルコイルと同調整合コンデンサ群により第１のＲＦに同調するとともに、サンプルコイルと２つのコイルと同調整合コンデンサ群とにより第２のＲＦに同調する二重同調回路を設け、その近傍に第３のＲＦに同調する別の同調回路を設置したＮＭＲ検出器において、
二重同調回路側の第２のＲＦが共振する２つのコイルのうち、少なくとも一方のコイルの長さを短くし、そのインダクタンスの減少分を補うように、コイルの接地端側に、第１のＲＦに対してはｎ／４波長共振器（ｎは奇数）として働き、第２のＲＦに対してはインダクタンスとして働き、第３のＲＦに対してはバンド・リジェクト・フィルタとして働く電子回路を設けたので、
二重同調回路側の配線の長さや部品定数のばらつきにより、二重同調回路の寄生共振周波数がＬＦ周波数に近づくことがあっても、ＬＦ同調回路側への電気的干渉を防ぐことができるＮＭＲ検出器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図５は、本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例である。このＮＭＲ検出器は、図１に示した従来のＮＭＲ検出器と類似した構成を持っているので、図１と同じ構成要素に対しては、図１と同じ符号を付して説明を行なう。
【００１５】
最初に、ＨＦの共振モードについて説明する。図５中、Ｌ３がＨＦコイル（第１のサンプルコイル）である。ＨＦ周波数を持ったＲＦは、ＨＦ入力ポートＰ１から導入される。Ｐ１から導入されたＲＦは、ＨＦコイルＬ３、ＨＦ同調コンデンサＣ５、Ｃ６、および浮遊容量Ｃ６'、ＨＦ整合コンデンサＣ７およびＣ８により構成されるＬＣ共振回路で平衡型共振し、Ｌ３近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＨＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ３により検出され、Ｐ１を介して外部に取り出される。
【００１６】
本実施例では、図１のヘリカルコイルＬ２に相当する部分が、ヘリカルコイルＬ２'とＬＦ周波数に対するバンド・リジェクト・フィルタ（Ｌ５＋Ｃ１４）とに分けて構成されている。このバンド・リジェクト・フィルタは、コイルＬ５とコンデンサＣ１４の並列共振回路で構成されていて、ＬＦ周波数近傍のＲＦが通過するのを防ぐ働きをしている。具体的に言えば、バンド・リジェクト・フィルタは、ＬＦ周波数の近傍、たとえば31Ｐ核の共鳴周波数の近傍に共振周波数を持つように構成する必要があるので、たとえば７００ＭＨｚ級のＮＭＲ装置において、Ｃ１４にたとえば５ｐＦのコンデンサを採用したとすれば、Ｌ５には６０ｎＨのコイルを組み合わせるようにする。これにより、バンド・リジェクト・フィルタから先へはＬＦ周波数近傍のＲＦが進入できなくなるので、高周波的にはバンド・リジェクト・フィルタはＬＦにとって開放端と等価になり、ＬＦにとっては、ヘリカルコイルＬ２'の分布インダクタンスは、Ｌ２よりも物理的長さが短くなった分だけ、Ｌ２のときに較べて減少する結果となる。その結果、ＬＦ周波数近傍の寄生共振周波数は高い方向にシフトし、31Ｐ核の共鳴周波数近傍での寄生共振は、従来よりも起こりにくくなる。たとえば、図１におけるＬ１＋Ｌ２の分布インダクタンスを、図５におけるＬ１＋Ｌ２'の構成で２割ほど減少させてやると、ＬＦ周波数近傍の寄生共振周波数は、Ｌ１＋Ｌ２のときに較べて１割ほど高い方向へシフトさせることができる。これにより、ＬＦと寄生共振位置とが離れ、両者のアイソレーションを取ることが容易になる。
【００１７】
尚、ＨＦ周波数のＲＦは、バンド・リジェクト・フィルタのコンデンサＣ１４側を通過し、コンデンサＣ２'までの長さを含めたＨＦの１／４波長の分布インダクタンスに対して共振するので、ＨＦは、ノード１、２で電界振幅が最大になり、コンデンサＣ４とコンデンサＣ２'の接地端で電界振幅がゼロになるような電磁界分布を取る。その結果、ノード１からヘリカルコイルＬ１側寄り、および、ノード２からヘリカルコイルＬ２'＋コンデンサＣ１４＋コンデンサＣ２'側寄りの部分ではＨＦが反射され、共振に関与しない。本実施例では、従来のヘリカルコイルＬ２の物理的長さを短くし、その結果減少した分布インダクタンスを、コイルＬ２'とコンデンサＣ１４とコンデンサＣ２'の物理的長さが持つ分布インダクタンスで補ってＨＦを共振させている。これにより、ＨＦは、従来通り共振させることができる。尚、ＨＦの上記分布インダクタンスは、１／４波長共振器として作用させる場合が一般的であるが、ｎ／４波長共振器（ｎは奇数）として作用させても良いことは言うまでもない。
【００１８】
次に、ロック周波数の共振モードについて説明する。図５中、ＨＦコイルＬ３、ヘリカルコイルＬ１、ヘリカルコイルＬ２'、コイルＬ５を合わせたものが、ロック周波数に共振する共振コイルである。本実施例では、ロック周波数のＲＦは、バンド・リジェクト・フィルタのコイルＬ５側を通過して共振する。このモードでは、ヘリカルコイルＬ１、Ｌ２'は、集中インダクタンスとして働く。Ｌ１とＬ２'のインダクタンスは、Ｌ３のインダクタンスよりも数倍大きいため、Ｌ３のインダクタンスは共振にほとんど寄与しない。ロック周波数を持ったＲＦは、ロック用ＲＦ入力ポートＰ２から導入される。Ｐ２から導入されたＲＦは、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ２'、Ｌ５、および、ロック用同調コンデンサＣ１およびＣ２、ロック用整合コンデンサＣ３およびＣ４により構成されるＬＣ共振回路で平衡型共振し、Ｌ３近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にロック周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したロック信号がＬ３により検出され、Ｐ２を介して外部に取り出される。
【００１９】
次に、ＬＦの共振モードについて説明する。図５中、Ｌ４はＬＦコイル（第２のサンプルコイル）である。ＬＦ周波数を持ったＲＦは、ＬＦ入力ポートＰ３から導入される。Ｐ３から導入されたＲＦは、ＬＦコイルＬ４、ＬＦ同調コンデンサＣ９、Ｃ１０、およびＣ１１、ＬＦ整合コンデンサＣ１２およびＣ１３により構成されるＬＣ共振回路で平衡型共振し、Ｌ４近傍に置かれた図示しないＮＭＲ試料にＬＦ周波数のＲＦ磁界を照射する。これにより、ＮＭＲ試料中で磁気共鳴が起きれば、試料から発生したＮＭＲ信号がＬ４により検出され、Ｐ３を介して外部に取り出される。これについては、従来例と変わりはない。
【００２０】
尚、本実施例には、変形例が可能である。すなわち、バンド・リジェクト・フィルタを、図６に示すように、コイルＬ５とコンデンサＣ１４の並列共振回路に加え、コンデンサＣ１５を更に直列に接続して構成しても良い。その場合、コンデンサＣ１５には、その物理的長さを利用して、全体の分布インダクタンスがＨＦのｎ／４波長（ｎは奇数。通常はｎ＝１の場合が多い）になるように調整するための役割、および、その容量を利用して、ロック周波数に共振できるように容量を調整するための役割を担わせることができる。
【００２１】
また、本実施例では、Ｌ２側にバンド・リジェクト・フィルタを設けたが、これは、Ｌ１側に設けても、まったく同じ効果を得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
多重同調ＮＭＲ検出器に、広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のＮＭＲ検出器の一例を示す図である。
【図２】従来のＮＭＲ検出器のＨＦ共振モードの一例を示す図である。
【図３】従来のＮＭＲ検出器のロック周波数共振モードの一例を示す図である。
【図４】従来のＮＭＲ検出器のＬＦ近傍の寄生共振モードの一例を示す図である。
【図５】本発明にかかるＮＭＲ検出器の一実施例を示す図である。
【図６】本発明に用いられるバンド・リジェクト・フィルタの別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
Ｌ１：ロック用コイル、Ｌ２：ロック用コイル、Ｌ２'：ロック用コイル、Ｌ３：ＨＦコイル（第１のサンプルコイル）、Ｌ４：ＬＦコイル（第２のサンプルコイル）、Ｌ５：バンド・リジェクト・フィルタ用コイル、Ｃ１：ロック用同調コンデンサ、Ｃ２：ロック用同調コンデンサ、Ｃ３：ロック用整合コンデンサ、Ｃ４：ロック用整合コンデンサ、Ｃ５：ＨＦ用同調コンデンサ、Ｃ６：ＨＦ同調コンデンサ、Ｃ６'：浮遊容量、Ｃ７：ＨＦ整合コンデンサ、Ｃ８：ＨＦ整合コンデンサ、Ｃ９：ＬＦ同調コンデンサ、Ｃ１０：ＬＦ同調コンデンサ、Ｃ１１：ＬＦ同調コンデンサ、Ｃ１２：ＬＦ整合コンデンサ、Ｃ１３：ＬＦ整合コンデンサ、Ｃ１４：バンド・リジェクト・フィルタ用コンデンサ、Ｃ１５：バンド・リジェクト・フィルタ用コンデンサ、Ｐ１：ＨＦ入力ポート、Ｐ２：ロック用ＲＦ入力ポート、Ｐ３：ＬＦ入力ポート
【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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