(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＭＲプローブの上部に設けられた挿入口からＮＭＲプローブ内に挿入して使用される、挿入方向に対向配置された一対の電極を有するＮＭＲセルであって、
該一対の電極の内、ＮＭＲプローブの挿入口側に位置する電極を接地電位に設定し、該接地電位に設定された電極に向かって電源からＮＭＲセル内を下部から上部に向けて流れた電流は、ＮＭＲセルを取り囲むＮＭＲプローブの壁部を上部から下部に向けて流れることにより電源に戻るように構成したことを特徴とするＮＭＲセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＭＲセルに関し、特に、試料に対して電場を印加することのできるＮＭＲセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電池材料中のイオンの移動速度を研究するために、ＮＭＲ装置を使って、ゲル状の試料に電場を印加した状態で、イオンの電気泳動的な挙動を測定したいという研究者の要望があった。そのため、ＮＭＲ測定時に、試料に対して電場を印加し、試料内のイオンを利用して電流を流しながら、イオン分布のイメージングを行なうことのできる特殊なＮＭＲセルが考案されている。
【０００３】
図１は、ＮＭＲ測定時に試料に電場を印加することのできるＮＭＲセルが、ＮＭＲプローブに取り付けられている様子の一例を示したものである。図中１は、ＮＭＲ試料管である。試料管１の上端部には、試料管ホルダ２が取り付けられている。試料管ホルダ２の中央部には、金属栓３が試料管ホルダ２を貫通して設けられ、試料管１の内部に対向して設けられた一対の電極４、４’のうち、試料管ホルダ２側の電極４からの電線と接続されている。尚、電極４、４’は、薬品に強く、化学的に安定な、白金などの金属で造られている。
【０００４】
試料管ホルダ２には、中央部の金属栓３と接続される形で電源用電線接続端子５が設けられ、図示しない電源から供給される電力を電極４に伝達する働きをしている。また、試料管１の底部には、接地側端子６が設けられ、電極４に対向配置されたもう１つの電極４’と接続されて、電極４’を接地電位に保つ働きをしている。
【０００５】
これらの電極４、４’を内蔵した試料管１は、ＮＭＲ信号を励起・検出するためのＲＦコイル７、観測核の位置情報を取得するために印加される勾配磁場を発生する磁場勾配コイル８、および、ＮＭＲプローブを外界電波から遮蔽するプローブケース９によって取り囲まれている。そして、試料管１内の電極４、４’間に電場が印加されたときに起きるイオンの移動の様子などを、ＮＭＲイメージングの手法によって観察することができるようになっている。
【０００６】
図１のタイプの電場印加型ＮＭＲセルでは、電源からの電圧が、常にＮＭＲセルの上方向から、上側の電極４（ホット側）に対して印加され、下側の電極４’（コールド側）は、常に接地電位に保たれる構造になっていた。
【０００７】
図２は、ＮＭＲ測定時に試料に電場を印加することができる別のタイプのＮＭＲセルの形状を示したものである。図中、（Ａ）は、試料容器にガラス製のＵ字管１０を用い、該Ｕ字管１０の２つの開口端にそれぞれ正の電極１１と負の電極１２を設け、Ｕ字管１０の内部に詰めた試料に電場が加わるように構成されたＮＭＲセルである。電極１１及び１２は、薬品に強く、化学的に安定な、白金などの金属で造られている。また、ＮＭＲ信号を検出するためのＲＦコイル１３は、Ｕ字管１０の一方の直管部を取り囲むように設けられている。
【０００８】
また、（Ｂ）は、（Ａ）と同様に、試料容器にガラス製のＵ字管１０を用い、該Ｕ字管１０の２つの開口端にそれぞれ正の電極１１と負の電極１２を設け、Ｕ字管１０の内部に詰めた試料に電場が加わるように構成すると共に、ＮＭＲ信号を検出するためのＲＦコイル１３で、Ｕ字管１０の２つの直管部をまとめて取り囲むようにしたＮＭＲセルである。このセルでは、２つの直管部を両方ともＲＦコイル５で取り囲むことによって、ＮＭＲの検出感度を高めている。
【０００９】
また、（Ｃ）は、試料容器として二重構造になった直管１４を用い、該直管１４の内管と外管にそれぞれ正の電極１１と負の電極１２を設け、直管１４の内部に詰めた試料に電場が加わるように構成したＮＭＲセルである。このセルの場合、試料に印加される電場の向きは、内管部分と外管部分とで逆方向になっている。
【００１０】
図２の（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、これら３つのタイプの電場印加型ＮＭＲセルでは、一対の電極が、試料管の内部において直線的に対向配置されていないために、電極と電源とを結ぶ電線は、ＮＭＲセルの上端部のみからしか接続できないような構造になっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成において、図１のＮＭＲセルの問題点は、試料に電場を印加した際に、試料に電流が流れるため磁場が発生し、この磁場がＮＭＲ装置を構成する超伝導磁石の強い静磁場の影響を受け、試料や試料管を機械的に振動させて、ＮＭＲ信号に悪影響を与えることであった。この欠点を補うために、試料を流れる電流が作る磁場をキャンセルすることができる図２のタイプのＮＭＲセルが考案されたが、Ｕ字管や二重管を使用するため構造的にかさばり、製作上、取扱上、性能上の面から実用的ではなかった。
【００１２】
また、図１の電極４に電圧を供給する電線や図２の電線は、ＮＭＲプローブの上方向からＮＭＲセルの上端部を介して接続されるが、長い電線がアンテナとなって外来ノイズを拾いやすくなり、電極を通してＮＭＲ信号にノイズが乗り、ＮＭＲ信号のＳ／Ｎ比を低下させる恐れがあった。
【００１３】
また、試料交換のたびに、電源からの電線を取り外したり接続したりしなければならず、ＮＭＲセルの操作性にも問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、ＮＭＲセル内に電場を印加しても、試料や試料管が機械的な振動を受けることがなく、外来ノイズを拾いにくく、取り扱いの容易なＮＭＲセルを提供することにある。
【００１５】
【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ＮＭＲセルは、
ＮＭＲプローブの上部に設けられた挿入口からＮＭＲプローブ内に挿入して使用される、挿入方向に対向配置された一対の電極を有するＮＭＲセルであって、
該一対の電極の内、ＮＭＲプローブの挿入口側に位置する電極を接地電位に設定し、該接地電位に設定された電極に向かって電源からＮＭＲセル内を下部から上部に向けて流れた電流は、ＮＭＲセルを取り囲むＮＭＲプローブの壁部を上部から下部に向けて流れることにより電源に戻るように構成したことを特徴としている。
【００１８】
【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３は、本発明にかかるＮＭＲセルの一実施例を示したものである。
【００１９】
図中、１５はＮＭＲ試料管である。試料管１５の上下端には、上部電極ホルダ１６および下部電極ホルダ１７がそれぞれ取り付けられている。また、上部電極ホルダ１６には上部電極１８、下部電極ホルダ１７には下部電極１９が、それぞれ取り付けられている。そして、本発明では、ＮＭＲセルをＮＭＲプローブ内に挿入すると、ＮＭＲプローブの底部に設けられた電極用端子２０とＮＭＲセルの下部電極ホルダ１７とが互いに接触して、両者が電気的に接続される構造になっている。電極用端子２０には、図示しない電源から、電場印加用のパルス電圧ＶCCが供給されているので、ＮＭＲセルをＮＭＲプローブ内に挿入すると、下部電極ホルダ１７を介して、下部電極１９にも電場印加用のパルス電圧ＶCCが供給されるようになる。
【００２０】
一方、ＮＭＲプローブの上端部は、スプリング２１を内蔵した試料管キャップ２２と嵌合する構造になっている。すなわち、試料管キャップ２２にスプリング２１をセットして試料管キャップ２２を締めると、ＮＭＲセルの上端に設けられた上部電極ホルダ１６が、スプリング２１と試料管キャップ２２とを介して、プローブケース９と電気的に接続される。スプリング２１は、上部電極ホルダ１６とプローブケース９との間が、より完全に電気的に接続されるようにするために設けられているものである。プローブケース９は接地されており、図示しない電源の接地側とも接続されている。従って、試料管キャップ２２を締めると、上部電極ホルダ１６を介して、上部電極１８が接地電位に設定される。
【００２１】
これらの上部電極１８、下部電極１９を内蔵した試料管１５は、ＮＭＲ信号を励起・検出するためのＲＦコイル７、観測核の位置情報を取得するために印加される勾配磁場を発生する磁場勾配コイル８、および、ＮＭＲプローブを外界電波から遮蔽するプローブケース９によって取り囲まれている。
【００２２】
こうした構成にした上で、図示しない電源から上部電極１８と下部電極１９の間に電圧を印加して試料に電場を与えると、電流は、下部電極１９から電極間の試料を介して上部電極１８に向かって流れ、更に試料管キャップ２２を介してプローブケース９を流れて、図示しない電源に戻る。その際、試料管１５を流れる電流の向きと、プローブケース９を流れる電流の向きとは、互いに逆向きであるので、電流によって発生する磁場も互いに逆向きとなり、相互に打ち消し合う働きをする。これにより、試料および試料管１５は、ＮＭＲ装置の超伝導磁石が作る静磁場の強い力を受けずに済み、機械的な振動などを起こさない。
【００２３】
また、試料管１５の試料を交換する場合には、試料管キャップ２２を締めるだけで自動的に電源と電気的に接続されるので、従来のタイプの電場印加型ＮＭＲセルのように、電源からの電線をセルに接続したり、セルから取り外したりする手間が不要であり、また、長い電線がアンテナとなって作用する心配もない。
【００２４】
更に、外来ノイズ防止用のフィルタ回路２３を、図示しない電源と下部電極ホルダ１７との間、および、接地とプローブケース９との間に挿入したので、試料に電場を加えてＮＭＲ測定をする際の、外来ノイズによるＮＭＲ信号のＳ／Ｎ比の低下をほぼ完全に防ぐことが可能になった。
【００２５】
さて、図４は、本発明のＮＭＲセルが、どのようにして超伝導磁石に取り付けられるかを示したものである。本発明のＮＭＲセルは、電場印加型ＮＭＲプローブ２４の内部に収納された後、電場印加型ＮＭＲプローブ２４ごとプローブスタンド２５に固定される。そして、プローブスタンド２５は、電場印加型ＮＭＲプローブ２４を取り付けられたまま、円筒型をした超伝導磁石の内孔部に挿入され、脱落しないように固定される。これにより、電場印加型ＮＭＲプローブ２４内部の試料に、所定の強度の静磁場が印加され、試料中の所定の核種のＮＭＲ現象を観測することが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のＮＭＲセルによれば、電極の極性を従来とは逆、すなわち、下部電極を電圧の供給側（ホット側）、上部電極を接地側（コールド側）に設定し、下部電極から上部電極に向けて流れた電流をプローブケースを経由して電源に戻すように構成したので、試料に電場を印加した際に発生する磁場と超伝導磁石の静磁場との相互作用による機械的な振動が発生せず、また、電線類の引き回しがほとんどないので外来電波ノイズを拾うことがなく、試料交換などの操作も非常に容易となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】電場を印加できる従来のＮＭＲセルを示す図である。
【図２】電場を印加できる従来のＮＭＲセルを示す図である。
【図３】本発明にかかるＮＭＲセルの一実施例を示す図である。
【図４】本発明にかかるＮＭＲセルの取り付け方法を示す図である。
【符号の説明】
１・・・試料管、２・・・試料管ホルダ、３・・・金属栓、４・・・電極、４’・・・電極、５・・・電源用電線接続端子、６・・・接地側端子、７・・・ＲＦコイル、８・・・磁場勾配コイル、９・・・プローブケース、１０・・・Ｕ字管、１１・・・正の電極、１２・・・負の電極、１３・・・ＲＦコイル、１４・・・直管、１５・・・試料管、１６・・・上部電極ホルダ、１７・・・下部電極ホルダ、１８・・・上部電極、１９・・・下部電極、２０・・・電極用端子、２１・・・スプリング、２２・・・試料管キャップ、２３・・・フィルタ回路、２４・・・電場印加型ＮＭＲプローブ、２５・・・プローブスタンド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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