(57)【要約】【課題】  一様な磁気的環境のもとで高分解能を得ることができると共に、少ない試料量での再現性のある測定を可能と成し、且つ、高感度での測定を可能にした核磁気共鳴装置用試料管を提供する。【解決手段】  有底外管１３、有底内管１０、又は、スペーサー１６に、空隙１４，１８又は１７を設けて、この空隙１４，１８，１７によって形成される隙間に試料溶媒を挟み込んで使用する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を開口した有底外管と、この有底外管の内部に嵌込み自在に構成した有底内管とから成る核磁気共鳴装置用試料管であって、
上記有底外管の内底部又は有底内管の底部のうち、いずれか一方を空隙を持った形状に形成して、当該空隙の存在により、有底外管の内底部と有底内管の底部との間に形成される隙間に試料溶媒を挟み込んで使用することを特徴とする核磁気共鳴装置用試料管。
【請求項２】
一端を開口した有底外管と、この有底外管の内部に嵌込み自在に構成した有底内管とから成る核磁気共鳴装置用試料管であって、
上記有底外管の内部に嵌込み自在に構成したスペーサーの上面を空隙を持った形状に形成して、当該空隙の存在により、上記スペーサーの上面と上記有底内管の底面の間に形成される隙間に試料溶媒を挟み込んで使用することを特徴とする核磁気共鳴装置用試料管。
【請求項３】
前記有底内管およびスペーサーの外径は、円筒状に形成された有底外管の内径とほぼ等しく形成され、これ等有底外管および有底内管の各底部又はスペーサーの上面部を構成する肉厚の芯部には、断面が略直線状又は略曲線状、若しくはこれ等直線と曲線の組合せによって構成され、且つ、管軸方向に対称的な形状の穴又は切れ込み形状を成す空隙を形成すると共に、上記有底内管の底部と有底外管の内底面が、直接又はスペーサーを介して密接する形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の核磁気共鳴装置用試料管。
【請求項４】
前記有底外管の内底面部又はスペーサーの上面部、或いは、有底内管の底面の断面形状は、有底内管の底部およびスペーサーの上面部に形成された穴又は切れ込みから成る空隙と相補的に前記隙間を造り得る形状を成し、且つ、当該隙間は必ずしも１個に限られるものではなく、１個若しくは複数個造られることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の核磁気共鳴装置用試料管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導磁石を用いて微量試料を分析する核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置の技術分野に属するものであって、具体的には、核磁気共鳴装置に使用して好適な試料管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴装置を用いて微量試料の分析を行う場合には、試料管が磁場の一様性を乱さないようにする必要がある。そこで従来は、（イ）内管を肉薄（０．２５ｍｍ程度）の微量体積の容器に構成して、その内部に試料を収納するもの。（ロ）試料管を肉薄のキャピラリー状に形成して、その内部又は外部に試料を収納するもの。（ハ）本出願人による特許文献１の図３と図４に見られるように、磁化率を調整した材質から成る外管の内底面と内管の底面を平行に構成して、その間に試料を挟み込むようにしたもの。（ニ）本出願人による特許文献２の図１に見られるように、磁化率を調整した材質から成る外管の内底面と内管の底面を２つの異なる外径に構成して、その間に形成される隙間に試料溶媒を挟み込んで使用するものがあった。
【０００３】
添付した図６は、上記（ハ）に記載した特許文献１に記載された試料管の構成を説明したものであって、図中、（ａ）は分解した状態の正断面図、（ｂ）は組立てた状態の正断面図で、これ等の図面において、５０は一端を開口した有底の内管、５３は開口した一端を差込口５３Ｈとした有底の外管で、５１は内管５０の細径部、５２は試料ＳＴの磁化率に近似する磁化率を有するガラス物質を用いて構成した肉厚の内芯部、５２Ｔは平面状に形成した内芯部５２の底面を示す。
【０００４】
更に図６において、５５は上記内芯部５２と同じガラス物質を用いて上記外管５３の底面部に肉厚に構成した外芯部、５４は外芯部５５の上側部に形成した試料ＳＴの収容室で、この収容室５４を構成する外芯部５５の内底部５４Ｔと、これに対向する内芯部５２の底面５２Ｔが平行に構成されている。
【特許文献１】特開平７−８４０２３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０５５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記（イ）と（ロ）で述べた従来の試料管は、管軸に対して直交方向に磁界を加える電磁石型のＮＭＲでは比較的よい分解能のスペクトルが得られるが、管軸に対して平行に磁場を加える超伝導磁石を使用するＮＭＲでは、上部と底部の境界面の影響が著しく、高分解能が得られない問題があった。
【０００６】
また、上記（ハ）で述べた特許文献１および添付した図６に記載の従来の試料管は、外管５３と内管５０との管の距離、具体的には、外芯部５５の内底面５４Ｔと内芯部５２の底面５２Ｔとの間の距離によって試料ＳＴの容積が変化するため、再現性ある測定が困難であると共に、試料容積の微量化に一定の限界があった。
【０００７】
また、上記（ニ）で述べた特許文献２に記載の従来の試料管は、外管と内管との間の距離を一定にして、再現性のある測定を可能にすると共に、試料容積の微量化を可能にしたが、試料部位が、断面が内芯部よりも細い径の突子とか外管の間に構成される空隙に限られるために、必要な感度を得る上で一定の限界があった。
【０００８】
従って本発明の技術的課題は、一様な磁気的環境のもとで高分解能を得ることができると共に、少ない試料量での再現性のある測定を可能と成し、且つ、高感度での測定を可能にした核磁気共鳴装置用試料管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）  上記の技術的課題を解決するために、本発明の請求項１に係る核磁気共鳴装置用試料管は、一端を開口した有底外管と、この有底外管の内部に嵌込み自在に構成した有底内管とから成る核磁気共鳴装置用試料管であって、上記有底外管の内底部又は有底内管の底部のうち、いずれか一方を空隙を持った形状に形成して、当該空隙の存在により、有底外管の内底部と有底内管の底部との間に形成される隙間に試料溶媒を挟み込んで使用することを特徴としている。
【００１０】
（２）  また、本発明の請求項２に係る核磁気共鳴装置用試料管は、一端を開口した有底外管と、この有底外管の内部に嵌込み自在に構成した有底内管とから成る核磁気共鳴装置用試料管であって、上記有底外管の内部に嵌込み自在に構成したスペーサーの上面を空隙を持った形状に形成して、当該空隙の存在により、上記スペーサーの上面と上記有底内管の底面の間に形成される隙間に試料溶媒を挟み込んで使用することを特徴としている。
【００１１】
（３）  また、本発明の請求項３に係る核磁気共鳴装置用試料管は、前記有底内管およびスペーサーの外径は、円筒状に形成された有底外管の内径とほぼ等しく形成され、これ等有底外管および有底内管の各底部又はスペーサーの上面部を構成する肉厚の芯部には、断面が略直線状又は略曲線状、若しくはこれ等直線と曲線の組合せによって構成され、且つ、管軸方向に対称的な形状の穴又は切れ込み形状を成す空隙を形成すると共に、上記有底内管の底部と有底外管の内底面が、直接又はスペーサーを介して密接する形状を有していることを特徴としている。
【００１２】
（４）  更に本発明の請求項４に係る核磁気共鳴装置用試料管は、前記有底外管の内底面部又はスペーサーの上面部、或いは、有底内管の底面の断面形状は、有底内管の底部およびスペーサーの上面部に形成された穴又は切れ込みから成る空隙と相補的に前記隙間を造り得る形状を成し、且つ、当該隙間は必ずしも１個に限られるものではなく、１個若しくは複数個造られることを特徴としている。
【００１３】
上記（１）〜（４）で述べた手段によれば、ガラスの材質を調整し、磁化率を試料と合わせることにより、試料周りの磁気的環境が磁場方向に対して高い対称性を有し、超伝導磁石を用いた場合においても高い分解能を得ることができる。
【００１４】
更に上記の手段によれば、肉厚に構成した芯部を、形状成形し有底外管の底部又はスペーサーまたは有底内管の底部に構成することにより、有底外管内側面と有底内管の間に存在する試料の容積がさらに減少し、且つ、試料をＮＭＲの検出コイルに最適な方向に調整することにより、感度の高い部分且つ感度の高い方向のみを利用した測定を可能にする。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べた次第で、本発明に係る核磁気共鳴装置用試料管によれば、外管内に挿入された上部内管および下部内管の間で、且つ、上部内管の外側と下部外管の内側に直接ないしスペーサーを介して試料を押し込めることにより、一様な磁気的環境のもとで高分解能を得ることができると共に、測定は試料量が従来の半分以下で可能になる。
【００１６】
また、本発明によれば高塩濃度の水溶液を、検出コイルが発生する磁場方向の試料長を最小にして誘電損失の低下を図りつつ、磁場方向の試料長を最大にすることで、従来より高感度の測定が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、上述した本発明に係る核磁気共鳴装置用試料管の実施の形態を図面と共に説明すると、図１は本発明の構成を説明した一部断面正面図であって、図中、（イ）は有底外管１３の底部１５を形状成形した「外管加工型」の構成例を示し、（ロ）はスペーサー１６の上面部を形状成形した「スペーサー型」の構成例を示し、（ハ）は有底内管１０の底部１２を形状成形した「内管加工型」の構成例を示したものであって、図１の（イ）、（ロ）、（ハ）において、夫々（ａ）は分解した状態の正断面図を、また、（ｂ）は組立てた状態の正断面図を示す。
【００１８】
上記図１に示した各図（イ）、（ロ）、（ハ）において、１０は一端を開口した有底内管、１３は加工した一端を挿入口１３Ｈとした有底外管で、１１は有底内管１０の細径部、１２は試料ＳＴの磁化率に近似する磁化率を有するガラス物質を用いて上記内管１０の下端部に形成した肉厚の内芯部、１２Ｔは平面状に形成した当該内芯部１２の底面を示す。
【００１９】
更に図１において、１５は有底内管１０の内芯部１２と同じガラス物質を用いて上記有底外管１３の下側底部に肉厚に形成した外芯部、１５Ａは有底外管１３の内側部を示し、また、図１の（ロ）において１６は当該外管１３の内側部１５Ａに嵌込み自在に構成したスペーサーで、このスペーサー１６も上記内芯部１２および外芯部１５と同じガラス物質を用いて肉厚に形成され、且つ、上記内管１０とスペーサー１６の外径は、上記有底外管１３の内径とほぼ等しく形成されている。
【００２０】
更に、１４，１７，１８は、「外管加工型」では上記有底外管１３における外芯部１５の上面部（図１の（イ）参照）と、「スペーサー型」ではスペーサー１６の上面部（図１の（ロ）参照）と、「内管加工型」では有底内管１０における内芯部１２の底面部に夫々設けた空隙を示す。
【００２１】
これ等の空隙１４，１７，１８は、いずれも断面が略直線状又は略曲線状、若しくは、これ等直線と曲線の組合せによって構成され、且つ、管軸方向に対称的な形状の穴又は切れ込み形状に形成されており、更に、上記有底内管１０の底面１２Ｔと有底外管１３の内定面１５Ｔとが、直接又はスペーサー１６を介して密接する形状を有している。
【００２２】
また、図（イ）に示されている前記有底外管１３の外芯部１５に形成した空隙１４の内底面１４Ｔ、および、図１（ロ）に示されているスペーサー１６に形成した空隙１７の内底面１７Ｔと、これに対向する上記有底内管１０に形成した内芯部１２の底面１２Ｔが、夫々平行に構成され、更に、図１（ハ）に示されている有底外管１３に形成した外芯部１５の内底面１５Ｔと、これに対向する上記有底内管１０の内芯部１２に形成した空隙１８の天井面１８Ｔも平行に構成されている。
【００２３】
図２は、前記「外管加工型」の実施に際して、有底外管１３の外芯部１５に形成される空隙１４の形状を説明した説明図、図３は前記「スペーサー型」の実施に際して、スペーサー１６に形成される空隙１７の形状を説明した説明図、図４は前記「内管加工型」の実施に際して、内管１０の内芯部１２に形成される空隙１８の形状を説明した説明図（図面では便宜的に内管１０を逆さにして上向きに記載している）であって、これ等図２、図３、図４において、（Ａ）は平面視が切れ込み状（長方形状）の空隙１４Ａ、１７Ａ，１８Ａを示し、（Ｂ）は平面視が矩形状の空隙１４Ｂ，１７Ｂ，１８Ｂを示し、（Ｃ）は平面視が楕円形状の空隙１４Ｃ，１７Ｃ，１８Ｃを示し、また、（Ｄ）は平面視が小円状の空隙１４Ｄ，１７Ｄ，１８Ｄを示す。
【００２４】
また、上記図２、図３、図４の各図において、ａ，ｆ，ｌ、ｒは各空隙１４Ａ〜１４Ｄ，１７Ａ〜１７Ｄ，１８Ａ〜１８Ｄの上下の長さで、ｂ、ｇ、ｍ、ｓは空隙が形成されていない部分の残りの長さ、ｃ，ｈ，ｎ，ｔは上記空隙の上下長さと残り長さの合算値、ｅ，ｋ，ｇ，ｖは外芯部１５とスペーサー１６と内芯部１２の直径、ｄ，ｉ，ｏ，ｕは空隙の上下の長さ、ｊ，ｐ，ｕは空隙の奥行きで、切れ込み状空隙１４Ａ，１７Ａ，１８Ａの各横幅は、上記直径と同一と成る。
【００２５】
以上の構成から、本発明では外径がｅ，ｋ，ｑ，ｖで、上下の長さがｃ，ｈ，ｎ，ｔの全体が断面略円柱状を成し、且つ、試料の磁化率に近似する磁化率を有するガラス物質を用いて肉厚に形成した外芯部１５とスペーサー１６及び内芯部１２を加工し、更に、幅がｄ，ｉ，ｏ，ｕで奥行きがｅ，ｊ，ｐ，ｕを有し、且つ、長さがａ，ｆ，ｌ，ｒの切り込み又は穴状の空隙１４Ａ〜１４Ｄ，１７Ａ〜１７Ｄ，１８Ａ〜１８Ｄを形成することにより、図１（イ）、（ロ）、（ハ）に示す試料管を造ることができる。
【００２６】
尚、上記図２、図３、図４において、各空隙は例えば幅ｄ〜ｕが２ｍｍ、奥行きｅ〜ｐが４ｍｍ、長さａ〜ｒが１５ｍｍに構成し、且つ、外径ｅ〜ｖが５ｍｍに構成されるが、これ等の寸法や形状はいずれも実施の一例であることは勿論である。また、各図面には１本の試料管に１つの空隙を形成する構成が記載されているが、空隙を複数個設けるようにしてもよく、その選択は任意とする。
【００２７】
立体透視図で直線と点線で図示される上記の各空隙１４，１７，１８（図１参照）は、試料ＳＴ（試料溶媒）の収容室（隙間）を構成するものであって、 試料ＳＴは先ず有底外管１３の挿入口１３Ｈを通して、図１の（イ）に示した「外管加工型」では外芯部１５の空隙１４内に、また、（ロ）に示した「スペーサー型」では有底外管１３内に収めたスペーサー１６の空隙１７内に、また、（ハ）に示した「内管加工型」では有底外管１３の内側部１５Ａに注入する。
【００２８】
次いで、有底内管１０を上記有底外管１３の内部に対して、有底内管１０の先端面（底面１２Ｔ）が上記外芯部１５の上面、又は、有底外管１３の内側部１５Ａに収められたスペーサー１６の上面に密接するまで嵌め込めば、試料ＳＴを有底内管１０と有底外管１３との間に押し込まれた状態（挟み込んだ状態）に収容することができる。
【００２９】
その結果、試料ＳＴ周りの磁気的環境が磁場方向に対して高い対称性を有することに成るため、超伝導磁石を用いた場合において高い分解能が得られると共に、上記空隙周辺の肉厚部分の存在が試料ＳＴの容積を減少できることは、前述した通りである。更に、試料ＳＴの長さをＮＭＲの検出コイルに近似させて感度の高い部分のみを利用できると共に、試料の幅を狭くして誘電損失が最小になる方向に向けることにより、従来電磁エネルギー損失により測定が著しく困難であった高塩濃度の水溶液の測定が高感度で可能に成ったことも、前述した通りである。
【００３０】
次に、上記本発明に係る試料管を用いた実験例と、その実験結果を説明する。ＮＭＲは１４Ｔの超伝導磁石を用いるブルカー社製ＮＭＲ装置にクライオプローブを装備して測定した。試料は１５Ｎでラベルしたタンパク質カルモジュリンを０．３Ｍの食塩を含む水溶液に溶解し、一次元１５Ｎ−ＨＳＱＣスペクトルで検出コイルに相対する角度による信号強度の変化を評価した。
【００３１】
図５は、先に説明した試料を、図１（ハ）の（ａ）に示した本発明に係る試料管に入れて１５Ｎ−ＨＳＱＣスペクトルを測定した結果を示す。角度を３０度ずつ変えたときの信号（上図）およびノイズ（下図）の大きさから、角度−３０度に対して６０度はＳ／Ｎ比が約２倍に改善された。つまり円筒対称でない試料の方向最適化により感度向上が得られることを示す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る核磁気共鳴装置用試料管の一部断面正面図であって、（イ）は外管加工型、（ロ）はスペーサー型、（ハ）は内管加工型の各構造を示す。
【図２】外管加工型構造によって形成された空隙の形状を説明した構成図。
【図３】スペーサー型構造によって形成された空隙の形状を説明した構成図。
【図４】内管加工型構造によって形成された空隙の形状を説明した構成図。
【図５】本発明の実験例を示した図。
【図６】従来例の構成図。
【符号の説明】
【００３３】
１０          有底内管
１２          内芯部
１３          有底外管
１３Ｈ        挿入口
１４          空隙
１５          外芯部
１６          スペーサー
１７，１８    空隙
ＳＴ          試料
【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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