(57)【要約】【課題】球状の空胴部を持ち、しかも、マイクロ波共振軸の安定した電子スピン共鳴装置用空胴共振器を提供する。【解決手段】非磁性体でできた球状の空胴部と、該空胴部に連通して該空胴部にマイクロ波を導入したり該空胴部からマイクロ波を導出したりするための入出力穴と、試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料の挿入穴とを備え、前記試料管の挿入穴が設けられた向きとは、直交する方向から、静磁界が印加されるように構成された電子スピン共鳴装置用空胴共振器であって、前記空胴部の内壁に、試料管の挿入穴方向と直交する平面であり、かつ、静磁界軸をも含むような平面に対して、平行な向きに、スリット、溝、または穴の配列を設けた。【選択図】  図４
2004251688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体でできた球状の空胴部と、
該空胴部に連通して該空胴部にマイクロ波を導入したり該空胴部からマイクロ波を導出したりするための入出力穴と、
試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴と
を備え、
前記試料管の挿入穴が設けられた向きとは、直交する方向から、静磁界が印加されるように構成された電子スピン共鳴装置用空胴共振器であって、
前記空胴部の内壁には、試料管の挿入穴方向と直交する平面であり、かつ、静磁界軸をも含むような平面に対して、平行な向きに、スリット、または溝を設けたことを特徴とする電子スピン共鳴装置用空胴共振器。
【請求項２】
非磁性体でできた球状の空胴部と、
該空胴部に連通して該空胴部にマイクロ波を導入したり該空胴部からマイクロ波を導出したりするための入出力穴と、
試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴と
を備え、
前記試料管の挿入穴が設けられた向きとは、直交する方向から、静磁界が印加されるように構成された電子スピン共鳴装置用空胴共振器であって、
前記空胴部の内壁には、試料管の挿入穴方向と直交する平面であり、かつ、静磁界軸をも含むような平面に対して、平行な向きに、複数の穴を配列したことを特徴とする電子スピン共鳴装置用空胴共振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子スピン共鳴の測定に用いた場合に、極めて高感度に電子スピン共鳴の測定を行なうことのできる、電子スピン共鳴装置用空胴共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子スピン共鳴の測定においては、観測試料を空胴共振器内に挿入し、該空胴共振器を静磁界中に配置し、この空胴共振器内にマイクロ波を導入して、該マイクロ波磁界と前記静磁界とにより観測試料に電子スピン共鳴を惹起せしめ、その共鳴により観測試料で吸収されるマイクロ波エネルギーを検出して共鳴スペクトルを得、それにより、観測試料の分析を行なっている。
【０００３】
このとき、測定部に空胴共振器を採用する理由は、電子スピン共鳴装置の検出感度を飛躍的に高めることができるためである。理論的考察によると、電子スピン共鳴装置の検出感度は、空胴共振器のＱ値に正比例することが分かっている。そのため、従来より、測定部にＱ値の高い空胴共振器を採用した電子スピン共鳴装置が開発され、市販されてきた。
【０００４】
図１は、これまでに実用化されている電子スピン共鳴装置用空胴共振器の代表例を模式的に示したものである（非特許文献１）。図１の（ａ）は、矩形モード空胴共振器と呼ばれ、直方体型の空胴部でマイクロ波を共振させるタイプのもので、そのＱ値は約７０００である。この矩形モード空胴共振器を用いると、空胴共振器を用いない場合の検出感度の約７０００倍の検出感度の向上を図ることができる。また、図１の（ｂ）は、円筒モード空胴共振器と呼ばれ、円筒型の空胴部でマイクロ波を共振させるタイプのもので、そのＱ値は約１８０００である。この円筒モード空胴共振器を用いると、空胴共振器を用いない場合の検出感度の約１８０００倍の検出感度の向上を図ることができる。
【０００５】
空胴共振器のＱ値を高めるためには、空胴部の内壁表面を流れるマイクロ波電流に対して、電気抵抗が小さい方が良い。また、電子スピン共鳴装置の分解能を落とさないようにするためには、空胴部が、電子スピン共鳴装置の均一な静磁界に対して歪みなどの悪影響を与えない方が良い。更に、電子スピン共鳴スペクトル上に、バックグラウンド・スペクトルを与えないようにするためには、空胴部が、電子スピン共鳴信号を出さない素材で作られている方が良い。その結果、これらの三つの条件を満たすために、空胴共振器の本体部分には、例えば、化学的に安定な金などを表面にめっきした、銅などの非磁性高電導性材料が用いられている。
【０００６】
また、付帯モードの発生による、感度の低下を避けるために、空胴共振器の本体部分に、溝やスリットなどの加工を施して、付帯モードを排除することも、ＴＭモードの空洞共振器に対しては、行なわれている（特許文献１）。
【０００７】
矩形モード空胴共振器と円筒モード空胴共振器を比較すると、後者の方が、前者よりも、Ｑ値が約２．６倍高い。そのため、電子スピン共鳴装置には、円筒モード空胴共振器を組み込んだ方が、装置の検出感度が高くなり、分析機器として有利である。しかしながら、理論的には、空胴部の表面積に対する空胴部容積の比率が小さい、という理由により、空胴部が球状をした、球形モード空胴共振器の方が、円筒モード空胴共振器よりも、更に高いＱ値を持つことが、予想されている。そのため、円筒モード空胴共振器に代えて、球形モード空胴共振器を実用化した方が、より優れた電子スピン共鳴装置を得られる可能性が高い。理論計算によれば、球形モード空胴共振器のＱ値は、約３３０００の水準にまで、到達する見込みである。
【０００８】
【非特許文献１】
石津和彦編、「実用ＥＳＲ入門−生命科学へのアプローチ」、講談社サイエンティフィック、１９８１年４月１日刊、ｐ．９９、図２．２
【特許文献１】
実開昭５９−５７００４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況において、球形空胴共振器を実用化する際の最大の問題点の１つは、空胴部を球形にすると、マイクロ波の共振軸の方向が、定まらなくなることである。例えば、図２（ａ）に示すように、静磁界の向きをｚ軸方向とすると、マイクロ波磁界軸は、ｚ軸と直交するｙ軸方向に向いていることが望ましい。そして、そのときのマイクロ波電流の向きは、ｚｘ平面に対して平行な向きとなるはずである。
【００１０】
ところが、周知のように、球は、最も対称性の高い立体である。従って、球の内面を流れるマイクロ波電流は、形状による拘束をほとんど受けない。その結果、マイクロ波電流の流れる向きは、図２（ｂ）に示すように、ｘｚ平面から大きくずれやすく、マイクロ波磁界軸もまた、ｙ軸方向から、大きくずれることになりやすい。
【００１１】
マイクロ波磁界軸の向きが理想的にｙ軸方向を向いている場合と、マイクロ波磁界軸の向きがｙ軸から大きくずれている場合とを比較すると、図３に示すように、試料に対してマイクロ波磁界が作用する作用効率に、大きな差を生じる。その結果、試料中の常磁性種の検出感度に大きな差を生じ、定量性が失われてしまうという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、球状の空胴部を持ち、しかも、マイクロ波共振軸の安定した電子スピン共鳴装置用空胴共振器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる電子スピン共鳴装置用空胴共振器は、非磁性体でできた球状の空胴部と、
該空胴部に連通して該空胴部にマイクロ波を導入したり該空胴部からマイクロ波を導出したりするための入出力穴と、
試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴と
を備え、
前記試料管の挿入穴が設けられた向きとは、直交する方向から、静磁界が印加されるように構成された電子スピン共鳴装置用空胴共振器であって、
前記空胴部の内壁には、試料管の挿入穴方向と直交する平面であり、かつ、静磁界軸をも含むような平面に対して、平行な向きに、スリット、または溝を設けたことを特徴としている。
【００１４】
また、非磁性体でできた球状の空胴部と、
該空胴部に連通して該空胴部にマイクロ波を導入したり該空胴部からマイクロ波を導出したりするための入出力穴と、
試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴と
を備え、
前記試料管の挿入穴が設けられた向きとは、直交する方向から、静磁界が印加されるように構成された電子スピン共鳴装置用空胴共振器であって、
前記空胴部の内壁には、試料管の挿入穴方向と直交する平面であり、かつ、静磁界軸をも含むような平面に対して、平行な向きに、複数の穴を配列したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図４は、本発明にかかる電子スピン共鳴装置用空胴共振器の一実施例を示したものである。空胴共振器には、球状の空胴部１に連通して、該空胴部１にマイクロ波を導入したり、該空胴部１からマイクロ波を導出したりするための、図示しない入出力穴と、試料管を空胴部１の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴２とが設けられている。
【００１６】
また、図中３は、金銅製の空胴部の内壁に設けられたスリットである。本実施例では、球面の右半分と、左半分とに分けて、それぞれ３本ずつ、細長いスリット３が設けられている。このスリット３の本数は、特に３本には限定されない。また、スリットではなく、空胴部１の内壁に刻まれた溝であっても良い。スリット３（または溝）の長軸方向の向きは、試料管の挿入方向をｙ軸方向、静磁界の向きをｚ軸方向をすると、試料管の挿入穴方向であるｙ軸方向に直交する平面であり、かつ、静磁界軸であるｚ軸をも含むような平面である、ｚｘ平面に対して、平行な向きである。
【００１７】
このスリット３があることにより、マイクロ波電流は、スリット３によって生じた空間と交差する方向を避けて、スリット３と平行な向きに、流れようとする傾向を生じる。これにより、マイクロ波電流は、流れる向きを規制され、自然に、ｚｘ平面と平行な向きに流れるようになる。その結果、マイクロ波電流によって発生するマイクロ波磁界は、ｚｘ平面に直交する向き、すなわち、ｙ軸方向に発生し、マイクロ波磁界軸は、理想的なｙ軸方向から傾かなくなる。
【００１８】
これにより、試料に対してマイクロ波磁界が作用する作用効率に、大きな差を生じることがなくなり、試料中の常磁性種の検出感度が一定となり、定量性が失われてしまうという問題が解消される。
【００１９】
尚、本発明には、変形例が可能である。図５は、本発明にかかる電子スピン共鳴装置用空胴共振器の別の実施例を示したものである。空胴共振器には、球状の空胴部１に連通して、該空胴部１にマイクロ波を導入したり、該空胴部１からマイクロ波を導出したりするための、図示しない入出力穴と、試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴２とが設けられている。
【００２０】
また、図中４は、金銅製の空胴部の内壁に設けられた穴である。本実施例では、球面の右半分と、左半分とに分けて、複数個の穴４が、所定の方向に配列して、設けられている。穴４の配列の向きは、試料管の挿入方向をｙ軸方向、静磁界の向きをｚ軸方向をすると、試料管の挿入穴方向であるｙ軸方向に直交する平面であり、かつ、静磁界軸であるｚ軸をも含むような平面である、ｚｘ平面に対して、平行な向きである。
【００２１】
この穴４があることにより、マイクロ波電流は、穴４が連続して連なる方向と交差する方向を避けて、穴４の配列の向きと平行な向きに、流れようとする傾向を生じる。これにより、マイクロ波電流は、流れる向きを規制され、自然に、ｚｘ平面と平行な向きに流れるようになる。その結果、マイクロ波電流によって発生するマイクロ波磁界は、ｚｘ平面に直交する向き、すなわち、ｙ軸方向に発生し、マイクロ波磁界軸は、理想的なｙ軸方向から傾かなくなる。
【００２２】
これにより、試料に対してマイクロ波磁界が作用する作用効率に、大きな差を生じることがなくなり、試料中の常磁性種の検出感度が一定となり、定量性が失われてしまうという問題が解消される。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の電子スピン共鳴装置用空胴共振器によれば、非磁性体でできた球状の空胴部と、該空胴部に連通して該空胴部にマイクロ波を導入したり該空胴部からマイクロ波を導出したりするための入出力穴と、試料管を空胴部の中心方向に向けて挿入するための、試料管の挿入穴とを備え、前記試料管の挿入穴が設けられた向きとは、直交する方向から、静磁界が印加されるように構成された電子スピン共鳴装置用空胴共振器であって、前記空胴部の内壁には、試料管の挿入穴方向と直交する平面であり、かつ、静磁界軸をも含むような平面に対して、平行な向きに、スリット、溝、または穴の配列を設けたので、球状の空胴部を持ち、しかも、マイクロ波共振軸の安定した電子スピン共鳴装置用空胴共振器を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子スピン共鳴装置用空胴共振器を示す図である。
【図２】従来の電子スピン共鳴装置用空胴共振器の問題点を示す図である。
【図３】従来の電子スピン共鳴装置用空胴共振器の問題点を示す図である。
【図４】本発明にかかる電子スピン共鳴装置用空胴共振器の一実施例を示す図である。
【図５】本発明にかかる電子スピン共鳴装置用空胴共振器の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・空胴部、２・・・試料管挿入穴、３・・・スリット、４・・・穴。
【図１】
2004251688.tif 000003
【図２】
2004251688.tif 000004
【図３】
2004251688.tif 000005
【図４】
2004251688.tif 000006
【図５】
2004251688.tif 000007