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公開番号2025031286
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023137412
出願日2023-08-25
発明の名称NMR検出器
出願人国立大学法人山梨大学,日本電子株式会社
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類G01N 24/00 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】超伝導体によって構成されたサンプルコイルが用いられる場合に、静磁場の歪の発生を抑制しつつ、NMR信号の検出感度を高めることを目的とする。
【解決手段】サンプルコイル16は、超伝導体によって構成されたコイルを含む第1コイルユニット38と、超伝導体によって構成されたコイルを含む第2コイルユニット40と、を含む。第1コイルユニット38と第2コイルユニット40は、試料18に高周波磁場を照射し、試料18からのNMR信号を検出する。第1コイルユニット38に含まれるコイルは、第1コイルユニット38が形成する面に直交する方向から見たときに試料18と交差せずに配置されている。第2コイルユニット40に含まれるコイルは、第2コイルユニット40が形成する面に直交する方向から見たときに試料18と交差せずに配置されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
静磁場内に配置される試料に高周波磁場を照射し、前記試料からのＮＭＲ信号を検出するＮＭＲ検出器において、
超伝導体によって構成されたコイルを含む第１コイルユニットと、
超伝導体によって構成されたコイルを含む第２コイルユニットであって、前記試料を間にして前記第１コイルユニットに対向して配置された第２コイルユニットと、
を含み、
前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットは、前記試料に高周波磁場を照射し、前記試料からのＮＭＲ信号を検出し、
前記第１コイルユニットに含まれるコイルは、前記第１コイルユニットが形成する面に直交する方向から見たときに前記試料と交差せずに配置され、
前記第２コイルユニットに含まれるコイルは、前記第２コイルユニットが形成する面に直交する方向から見たときに前記試料と交差せずに配置されている、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイルユニットは、
第１コイルと、
少なくとも前記試料の幅の分、前記第１コイルから離れた位置に配置された第２コイルと、
を含み、
前記第２コイルユニットは、
第３コイルと、
少なくとも前記試料の幅の分、前記第３コイルから離れた位置に配置された第４コイルと、
を含む、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項３】
請求項２に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル及び前記第４コイルはそれぞれ、電界集中部を含む、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項４】
請求項３に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル及び前記第４コイルはそれぞれ、前記試料に近い部分と前記試料から遠い部分とを含み、
前記電界集中部は、前記試料から遠い部分に形成されている、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項５】
請求項３に記載のＮＭＲ検出器において、
前記電界集中部は、複数のコイル要素が平面内で重なった形状を有する、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項６】
請求項５に記載のＮＭＲ検出器において、
前記電界集中部は、前記試料の共鳴周波数に応じた形状を有する、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項７】
請求項２に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル及び前記第４コイルはそれぞれ、電流集中部を含む、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項８】
請求項７に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル及び前記第４コイルはそれぞれ、前記試料に近い部分と前記試料から遠い部分とを含み、
前記電流集中部は、前記試料に近い部分に形成されている、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項９】
請求項８に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル及び前記第４コイルのそれぞれの全長は、前記試料に照射される高周波磁場の半波長の長さを有する、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。
【請求項１０】
請求項２に記載のＮＭＲ検出器において、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル及び前記第４コイルはそれぞれ、平面基板上に配置されたコイルであり、コイルの内周部の折り返し部分が、曲線状の形状を有する、
ことを特徴とするＮＭＲ検出器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＮＭＲ装置に用いられるＮＭＲ検出器に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴測定装置として、核磁気共鳴（NMR：Nuclear Magnetic Resonance）装置が知られている。
【０００３】
ＮＭＲ装置においては、静磁場内にＮＭＲプローブが配置される。ＮＭＲプローブは、送信用及び受信用のサンプルコイルを含む。サンプルコイルは、送信時には試料に対して高周波磁場を照射、受信時には試料のＮＭＲ信号を検出する。
【０００４】
溶液試料のＮＭＲ測定を可能な限り高感度で行う場合、極低温ＮＭＲプローブを用いたＮＭＲ装置によってＮＭＲ測定が行われる。一般的に、サンプルコイルを極低温に冷却してサンプルコイルの電気抵抗を小さくすることで、サンプルコイルのＱ値が増加する。そのため、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を高めることができる。つまり、サンプルコイルを極低温に冷却すると、サンプルコイルの検出感度が高くなるため、ＳＮＲを高めることができる。なお、Ｑ値は、以下の式で表される。
Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ
ｆは共鳴周波数であり、Ｌはサンプルコイルのインダクタンスであり、Ｒはサンプルコイルの抵抗である。
【０００５】
従来においては、サンプルコイルとして銅製のサンプルコイルが用いられる。そのサンプルコイルが、冷却システムによって２０Ｋ程度の温度に冷却される。これにより、室温のＮＭＲプローブよりも高感度なＮＭＲ測定を実現している。
【０００６】
ＮＭＲ信号を測定するためには、試料固有の共鳴周波数と等しい周波数を有する高周波磁場が、極低温ＮＭＲプローブを介して試料に照射される。サンプルコイルと試料は、超伝導磁石によって発生される静磁場内に配置される。試料の活性領域で静磁場が不均一であると、ＮＭＲスペクトルに歪が発生したり、ＮＭＲ信号そのものが検出されなかったりする。これらを回避するために、通常、磁場変調コイルを用いて静磁場分布を調整することで、静磁場の均一性を維持している。
【０００７】
従来においては、銅製のサンプルコイルは、ＮＭＲ励起に必要な高周波磁場を、静磁場の向きに対して垂直な向きで試料に照射する。均一な高周波磁場が試料に照射され、かつ、均一な静磁場が試料に印加されると、ＮＭＲ信号がサンプルコイルによって検出される。検出されたＮＭＲ信号が分光計によって処理されることで、ＮＭＲスペクトルが生成される。
【０００８】
ところで、銅製のサンプルコイルを冷却しても、当該サンプルコイルの電気抵抗を低下させることに限界がある。そのため、ＮＭＲ信号の検出感度を高めることに限界がある。
【０００９】
そこで、超伝導体によって構成されたサンプルコイルを用いることで、ＮＭＲ信号の検出感度を高める試みがなされている。
【００１０】
しかしながら、超伝導体は平面基板上にしか成膜することができない。また、超伝導体特有のマイスナー効果によって、静磁場が大きく歪められるため、ＮＭＲスペクトルに歪が発生する可能性がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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