專利名稱：極化nmr樣本的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在保持高極化水平的同時用于熔化固體極化樣本的裝置和方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及核磁共振(NMR)分析，特別涉及核磁共振成像(MRI)和分析用高分辨率NMR分光鏡。MRI是一種診斷技術(shù)，因為這種技術(shù)不侵入身體和不會使病人在研究時暴露在可能有害的輻射例如X射線下，因此它對內(nèi)科醫(yī)生特別有吸引力。分析用高分辨率NMR分光鏡常規(guī)使用在決定分子結(jié)構(gòu)中。
MRI和NMR分光鏡缺乏靈敏性，因為所使用的樣本的核子旋轉(zhuǎn)的極化非常低。存在一些技術(shù)來改善在固相下的核子旋轉(zhuǎn)的極化。這些技術(shù)稱為超極化技術(shù)，能增加靈敏度。然而，為利用NMR信號用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)成像，在把極化的樣本引入成像對象內(nèi)之前必須先使其成為溶液。另外，為了在體外分析用NMR分光鏡中使用，使極化固體樣本成為溶液也經(jīng)常是有利的。問題在于，極化的固體樣本必須被變成溶液，并且以最小的極化損失被傳輸?shù)絅MR磁鐵內(nèi)。專利申請No.WO9935508提到一種溶解固體極化樣本的方法。在這一方法中，極化的樣本手動從低溫保持器中提出并且在大約1秒內(nèi)溶解在40℃的氧化氘中，同時要承受0.4T的磁場。這一方法與其它產(chǎn)生包含極化樣本的溶液的方法相比增強(qiáng)到21的因子。然而，這一方法具有這樣的缺點，即當(dāng)樣本被手動移動時，很難得到可重新產(chǎn)生的結(jié)果。這是因為極化受從低溫保持器中提升極化樣本的速度和平滑度的影響，而對不同的操作員來說很難保證他們以同樣的速度提升極化樣本和流體運(yùn)動。本發(fā)明的目的是提供一種方法及裝置來改善現(xiàn)有技術(shù)的方法來產(chǎn)生具有高極化水平的極化樣本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)有技術(shù)的至少一些問題通過具有在獨立權(quán)利要求1的特征部分中表示的特征的裝置和具有在權(quán)利要求6的特征部分中提到的特征的方法解決。本發(fā)明特別提供一種方法和裝置以最小極化損失從極化單元熔化極化的固體樣本。描述用于產(chǎn)生熔化的(超)極化樣本例如造影劑或分析樣本的裝置和方法。
進(jìn)一步改進(jìn)的裝置和方法具有在從屬權(quán)利要求中提到的特征。
在根據(jù)本發(fā)明的一種方法和裝置中，極化設(shè)備設(shè)有用于熔化由該極化設(shè)備極化的樣本的裝置，例如，固體極化樣本在它被極化的裝置的內(nèi)部熔化。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，極化單元的極化腔和熔化腔組合成為一個單一的腔。在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例中，極化和熔化腔與NMR分光計和/或NMR成像器結(jié)合，以便可以在實行熔化的同一裝置中分析熔化的被極化的樣本。根據(jù)本發(fā)明，除其它方法外，極化可以通過使用極化劑實現(xiàn)，例如包含順磁性的有機(jī)自由基的化合物。通過使用根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法獲得的NMR數(shù)據(jù)可以是NMR成像數(shù)據(jù)和/或NMR光譜學(xué)數(shù)據(jù)。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施例的側(cè)面示意圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的樣本保持容器的一個實施例；以及圖3示意性表示磁共振測量電路的一個實施例。
具體實施例方式
在根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置中，要極化的樣本的固體樣本可以在仍然固相狀態(tài)下通過任何合適的已知方法被極化，例如強(qiáng)力極化、動態(tài)核極化或旋轉(zhuǎn)冷藏庫方法，同時保持在強(qiáng)磁場(例如1-25T)中的低溫下(例如低于100K)。在固體樣本被極化后以最小極化損失熔化。下面，表述“熔化裝置”指能夠給固體極化樣本提供足夠能量使其熔化的裝置。
在本發(fā)明的一個實施例中，熔化發(fā)生在組合的極化、熔化和NMR分析裝置中。
所述發(fā)明的優(yōu)點在于，它以可重復(fù)產(chǎn)生方式以最小極化損失使被極化的固體樣本成為溶液。這對在體外高分辨率NMR光譜學(xué)中在醫(yī)學(xué)成像和分析中使用固態(tài)超極化技術(shù)至為重要。在溶液中，NMR線很窄。這顯著改善了信噪比和光譜分辨率，還給出技術(shù)優(yōu)點，因為樣本不必像固體樣本那樣旋轉(zhuǎn)。
對于大多數(shù)固體樣本，松弛率(如果超極化的話的極化損失)作為逆磁場強(qiáng)度的函數(shù)迅速增加。因此，對于這些極化的樣本，優(yōu)選把它們保持在強(qiáng)磁場(例如大于0.1T)中處理。還知道極化損失的其它原因，例如磁場取向、強(qiáng)磁梯度、或射頻場的突然改變，這些應(yīng)該盡可能避免。極化的樣本的熔化可以通過幾種方法促進(jìn)，例如超聲、微波加熱、激光照射、輻射或傳導(dǎo)或任何其它將其沉積到固體樣本中需要能量使它熔化的方法。松弛率作為溫度和磁場的函數(shù)對每一種固體樣本和溶劑/溶質(zhì)系統(tǒng)都是唯一的。因此為實際被熔化的樣本的最小松弛而對處理溫度進(jìn)行優(yōu)化是有利的。一般，但是并非總是，磁場應(yīng)該盡可能的強(qiáng)。處理期間的最小T1一般隨磁場的增加而增加。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，在一個動態(tài)核極化(DNP)系統(tǒng)中提供用于熔化固體極化樣本的裝置。這一DNP系統(tǒng)包括一個磁場強(qiáng)度為0.1-25T或更高的磁鐵，它放置在一個低損失低溫保持器中，以便獲得最優(yōu)低溫保持時間。對于高于大約2T的磁場，該磁鐵可能是超導(dǎo)的。對于較低的磁場，一個較簡單的磁鐵是優(yōu)選的。一個特別優(yōu)選的DNP系統(tǒng)包括設(shè)計用于磁場強(qiáng)度為2-25T的超導(dǎo)磁鐵。該磁鐵放在一個超低損失低溫保持器中以實現(xiàn)最優(yōu)低溫保持時間。所需要的磁場同質(zhì)性由樣本決定，但是通常必須為在樣本體積上的+/-0.2mT。通過提供磁場補(bǔ)償(field shims)甚至對大的樣本也可以實現(xiàn)這一點。相應(yīng)地，極化期間的磁場的穩(wěn)定性應(yīng)該比同質(zhì)性準(zhǔn)則更好，亦即磁場漂移應(yīng)該比不同質(zhì)性小。該磁鐵設(shè)計為能容納一個低溫空間以便冷卻樣本。給優(yōu)選的超導(dǎo)磁鐵低溫保持器最好提供一個抽氣的氦浴或至少一個在磁鐵的孔內(nèi)的冷卻空間。氦浴可以包含在與磁鐵氦貯存器熱絕緣(例如真空絕緣)但是用一個毛細(xì)管與之相連的管中以允許從磁鐵貯存器填充。低溫空間可以只是一個下端封閉的圓筒(用薄壁不銹鋼或銅或其它非磁材料或其組合制成)。為獲得最低可能溫度和最低低溫消耗，低溫空間優(yōu)選放在超導(dǎo)磁鐵的氦罐內(nèi)部的真空中，而低溫圓筒可以優(yōu)選熱固定在孔中適當(dāng)?shù)奈恢茫绻潭ㄔ诤ふ羝鋮s的罩上和液體氮冷卻的罩或類似物體上。低溫圓筒可以優(yōu)選通過一個在其基座上的毛細(xì)管連接到氦罐上。氦流可以用一個針閥控制，針閥可以從外部手動或計算機(jī)控制裝置等自動調(diào)節(jié)。進(jìn)入氦浴的氦流可以用馬達(dá)驅(qū)動的針閥控制?？梢岳缤ㄟ^Allen Brandley碳阻儀監(jiān)視液體的水平，針閥可以手動或自動控制以維持一個固定的水平。為實現(xiàn)量級為1K(4He)的較低的溫度，可以給氦浴抽氣，而氦浴的溫度可以通過例如用絕對電容變換器或Pirani元件測量的氦蒸汽壓力確定。如果用氣體冷卻的話，則可以使用溫度測量來控制針閥。也可以從外部貯存器供應(yīng)致冷劑，例如氦或氮。也可以設(shè)想閉合循環(huán)冷庫(‘無致冷劑’)，既為磁鐵冷卻，也為冷卻空間的冷卻。用適當(dāng)頻率的微波照射來極化樣本。為照射提供微波設(shè)備。微波設(shè)備可以以一些方式實現(xiàn)。對于較低頻率(低于大約200GHz)，可以使用波導(dǎo)管來引導(dǎo)波到樣本空間。在較高的頻率下，可以使用類光學(xué)方法。樣本空間優(yōu)選構(gòu)造成為共振微波結(jié)構(gòu)。優(yōu)選配置微波結(jié)構(gòu)以允許容易地放置和置換樣本和有效冷卻樣本。樣本一旦被極化，就借助根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法熔化，這在下面說明。
圖1示意性表示本發(fā)明的一個實施例。圖1表示用于極化固體樣本的低溫保持器裝置1的一個例子，該裝置1設(shè)有一個根據(jù)本發(fā)明的固體極化樣本熔化裝置。裝置1(用虛線圍起)包括一個低溫保持器2，它包含極化裝置3，例如用波導(dǎo)管3b連接到微波源3c的微波腔3a，微波腔3a位于由磁場產(chǎn)生裝置諸如超導(dǎo)磁鐵5包圍的中心孔6內(nèi)。低溫保持器和用于極化固體樣本的極化裝置在現(xiàn)有技術(shù)中公知，其結(jié)構(gòu)將不詳細(xì)說明?？?豎直向下延伸到至少在靠近超導(dǎo)磁鐵5的區(qū)域P處，在這里磁場強(qiáng)度足夠高，例如在1-25T之間或更高，例如3.5T，用于產(chǎn)生極化樣本。中心孔6可以密封并可以抽到低氣壓，例如1毫巴或更低量級的氣壓?？梢栽诳?內(nèi)包含一個樣本引入裝置諸如一個可拆卸的樣本傳輸管7，管7可以從孔的頂部向下插入到在區(qū)域P內(nèi)的微波腔3a內(nèi)的一個位置。區(qū)域P由液體氦冷卻到為發(fā)生極化足夠低的溫度，例如量級為0.1-10K的溫度。管7可以在上端以任何適合的方式密封，以便在孔6中保持部分真空。可以在樣本傳輸管7的下端之上固定(優(yōu)選可拆卸)一個樣本保持容器，諸如樣本保持杯9。該杯9覆蓋管7的底部并意圖保存引入管7中的任何樣本。杯9優(yōu)選用具有低比熱能力的輕材料諸如泡沫塑料例如聚苯乙烯制造，使得杯9的熱容量盡可能的低。密封的He入口管10(為容易表示用虛線示出)從孔6的頂部延伸到杯9的基部。
在根據(jù)本發(fā)明的一種方法中，在樣本保持杯9中的樣本以普通方式極化，然后通過熔化使之變成液相。樣本保持杯9中的被極化的樣本的這一熔化在該極化的樣本仍然在低溫保持器裝置1內(nèi)時執(zhí)行。這可以通過給被極化的固體樣本提供一種施加能量的方法而實現(xiàn)，例如超聲、電磁能量，或通過使固體極化樣本與熱的表面或物質(zhì)接觸。在圖1所示裝置中，固體極化樣本在樣本保持杯9中通過給極化的固體樣本施加能量的、形式為安裝在低溫保持器外部的激光器8的裝置熔化，該激光器點燃通過光纖4到樣本保持杯9中的樣本的電磁輻射。
根據(jù)本發(fā)明，為熔化處于固態(tài)而被極化的固體樣本的一種方法的一個實施例的例子具有下面的步驟樣本，優(yōu)選以粉狀，顆粒或珠粒的形式，以便方便迅速和均勻熔化，但是也可以采取在室溫下液體的形式，被引入位于樣本傳輸管7的底部的樣本保持杯9中；把樣本傳輸管7引入孔6，以便把樣本保持杯9放置在具有必需的場強(qiáng)的磁場中，孔6制成真空密閉的，并抽到其工作氣壓；極化仍然是固體的樣本，優(yōu)選超極化；加壓孔6到大氣氣壓；如果樣本保持器9在低溫保持器中的液體氦的表面之下，則升高樣本傳輸管7，直到它高出氦的表面；激活給極化的固體樣本施加能量的裝置，給固體樣本例如使用激光器8和光纖4施加能量，固體樣本被熔化。
可選執(zhí)行由NMR對極化的液體樣本進(jìn)行分析的另外的步驟。
優(yōu)選這一方法例如通過計算機(jī)(未示出)控制而自動執(zhí)行。
當(dāng)極化的固體樣本在極化單元內(nèi)熔化時，那時優(yōu)選在被極化的固體樣本熔化的同時保持在極化單元的強(qiáng)磁場中或靠近磁鐵的強(qiáng)磁場區(qū)域以便使樣本的任何極化損失最小。如果樣本在氦(或氮)浴內(nèi)極化，則可以把樣本從浴中升高一個短距離，例如5cm或10cm，以便在熔化前排空液體致冷劑。樣本將仍然經(jīng)受極化單元的磁場的重要的部分。然后可以把固體樣本熔化和可選用NMR分析。
在圖1所示本發(fā)明的實施例中，以同一儀器作為極化單元和熔化單元提供分析用NMR儀器。這在圖1中用多個分析線圈31-31”表示，亦即核磁共振成像線圈和/或核磁共振光譜學(xué)線圈?？梢杂糜诖艌鲅a(bǔ)償和NMR信號獲得的線圈可以放置在從高分辨率分析用NMR知道的位置。在這一場合，被極化樣本的熔化在和熔化的被極化樣本的成像同一區(qū)域發(fā)生，和在熔化區(qū)域和成像區(qū)域之間的傳輸時間是零。這一點是有利的，因為在這一場合在執(zhí)行分析亦即成像或光譜分析時不需要把樣本移動到超導(dǎo)磁鐵的磁場之外，和消除了由于傳輸引起的樣本的極化損失。在固態(tài)的極化和熔化狀態(tài)的極化之間的極化損失可以通過迅速熔化樣本使之最小。另外，浸在液體氦中的線圈的低操作溫度改善信噪比一個(大于3的)顯著的因子。
然而，在某些場合，涉及場強(qiáng)和溫度的需求對于極化和NMR檢測可以不相同，和可以提供裝置用于從磁鐵的一部分移動樣本到另一部分。NMR檢測可以以在比為DNP處理最優(yōu)的磁場較低或較高的磁場下有利地進(jìn)行。因此，一種實施將是在磁鐵的下邊緣(亦即在較低的磁場中，例如3.35T)在冷的氦氣體中執(zhí)行DNP極化。然后必須補(bǔ)償這一區(qū)域的磁場到需要的同質(zhì)性。樣本在被極化后可以升到磁鐵中心(這里具有較高場強(qiáng)，例如9.4T，和同質(zhì)性)用于熔化和NMR檢測。另外，樣本可以被升到一個中間位置熔化，然后移動到磁鐵中心用于NMR檢測。
本發(fā)明的一個可能的變化是結(jié)合多個樣本保持器到裝置中，以便可以同時或順序極化幾個樣本和一個接一個熔化。還可能使用這樣的系統(tǒng)，其中同時熔化和分析幾個樣本。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然，可以以許多不同方式形成多樣本保持器系統(tǒng)，例如使用一個圓盤傳送帶類型的保持器或柵格型保持器。
在一個實施例中，可以提供帶有根據(jù)本發(fā)明的裝置的現(xiàn)有技術(shù)NMR裝備以便產(chǎn)生可以由DNP產(chǎn)生高極化的樣本的設(shè)備。為這樣做，需要給NMR裝備提供一個位于磁場中間的低溫空間。為實現(xiàn)這一點，可以給任何具有適當(dāng)寬度的孔尺寸的普通NMR磁鐵如下述裝備一個流體低溫保持器和儀表裝置，以便允許產(chǎn)生具有DNP增強(qiáng)的核子極化的分子溶液。流體低溫保持器是一個真空絕緣腔，它可以插入正常設(shè)計具有室溫孔的磁鐵的孔中，從而允許由冷的致冷劑流降低孔的溫度。流體低溫保持器通常通過一條傳輸線連接到外部致冷劑源，而進(jìn)入流體低溫保持器的致冷劑流冷卻磁鐵的孔和形成低溫空間。可以給流體低溫保持器裝備裝置，如下面說明，以允許由DNP極化固體樣本，也可以給它裝備儀表裝置，如下面說明，以檢測固態(tài)和溶液中的核信號。注意，在用于NMR分析或生產(chǎn)超極化成像劑的專用DNP系統(tǒng)中，優(yōu)選把低溫空間結(jié)合到磁鐵低溫保持器中。
可以選擇使用激光器熔化作為本方法的一個例子。輸出功率為100W的二極管激光器或任何其它已知的激光器或光源是普通市售產(chǎn)品。這將使1μl(大約1mg)的水基樣本在6.4ms中從1K變到300K。
Cp(冰)＝1.67J/K/g(不隨溫度恒定，有意高估)Cp(水)＝4.18J/K/g熔化熱＝79.8J/gm(水)＝1mg能量(1-273K)＝1.67J/K/g*272K*1mg＝450mJ能量(熔化)＝79.8J/g*1mg＝80mJ能量(273-300K)＝4.18J/K/g*27K*1mg＝113mJ總計＝643mJ由100W的激光器釋放643mJ的時間＝643mJ/100W＝6.4ms使用較低功率的激光器將成比例地增加熔化時間。在這些功率級可以在一些波長下使用二極管激光器，而固體樣本自身優(yōu)選能夠吸收光能，或者它可以摻有吸收分子，或者與固體樣本的接觸面可以用吸收材料涂敷。這樣可以選擇波長來匹配固體樣本或支持它的板的吸收特性。對于良好的熔化效率優(yōu)選具有良好吸收激光能量性能和低熱導(dǎo)率的樣本板材料。電流控制的鏡子可以控制激光光束，或另外可選使樣本運(yùn)動而保持激光器靜止。
在本發(fā)明的另一個實施例中，通過使極化的固體樣本與溫的液體熱接觸而使之熔化。這一點可以通過注射或插入作為液體(它隨后例如在低溫保持器中凍結(jié))或可流動固體例如粉末、珠粒等的樣本到在一個毛細(xì)管中的樣本接收空間而實現(xiàn)?？蛇x使樣本接收空間用螺線管圍繞。毛細(xì)管可以被引入到低溫保持器中，樣本被凍結(jié)和極化，如上所述。在極化后，可以把一定量的熱液體通過毛細(xì)管注射到樣本接收空間，固體樣本迅速熔化。另外可選地，可使樣本接收空間由一個裝置圍繞并與之熱接觸，該裝置用于給極化的固體樣本施加能量，其形式為可充以熱液體的腔或管式線圈。以這種方式，極化的樣本可以由從熱液體通過該腔或線圈的壁傳導(dǎo)到樣本接收空間的熱能熔化。以這種方式，可以避免樣本的稀釋。優(yōu)選被注射的液體還用作用于螺線管線圈的磁化系數(shù)匹配介質(zhì)。熔化的極化樣本可以在原處分析，或者另外可選將其從毛細(xì)管排出到另外的分光鏡或成像區(qū)域。
雖然描述了用激光器和熱液體加熱，但是可以使用任何施加能量的方法，而且的確可以組合給樣本施加熱能的能源。例如，可以用電熱元件幫助激光器加熱。重要的是，熔化發(fā)生在為核子旋轉(zhuǎn)的T1(或優(yōu)選更小)的時間標(biāo)度。在熔化期間的極化損失應(yīng)該小于99％，優(yōu)選小于90％，甚至更優(yōu)選小于10％，通過適于極化的固體樣本的熔化速度可以重復(fù)實現(xiàn)這些不同的極化損失級。還優(yōu)選調(diào)節(jié)供給樣本的能量以維持熔化后的樣本液體，以便可以對熔化的樣本執(zhí)行成像。
可以把樣本保持器和合適的微波結(jié)構(gòu)放在冷卻空間中，以便實現(xiàn)對樣本的微波照射。微波結(jié)構(gòu)可以是附接到波導(dǎo)管(其在圖2表示)的末端的喇叭天線或者腔，或一組Fabry-Perot鏡或任何適合的微波照射結(jié)構(gòu)。該微波結(jié)構(gòu)優(yōu)選設(shè)計成用作微波的共振腔以便增加在該微波結(jié)構(gòu)中的微波場的強(qiáng)度。對于較低的頻率(小于大約200GHz)，可以方便地使用波導(dǎo)管來引導(dǎo)波到照射結(jié)構(gòu)中。選擇波導(dǎo)管的幾何形狀和大小以便減少微波損失。優(yōu)選設(shè)計波導(dǎo)管對低溫空間有盡可能低的熱負(fù)載，和可以例如用鍍銀薄壁不銹鋼制造。也可以使用波狀波導(dǎo)管。在較高的頻率下，可以使用類光學(xué)方法，和可以用透鏡和鏡子引導(dǎo)微波。微波結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有開孔以允許容易地更換樣本和高效地冷卻樣本。一個合適的微波振蕩器產(chǎn)生微波，例如IMPATT二極管振蕩器，或IMPATT放大的Gunn振蕩器，或BWO或類似振蕩器。此外，微波振蕩器可以是用于照射樣本的共振結(jié)構(gòu)的一個集成部分。這樣產(chǎn)生微波的活動的裝置可以物理上放在靠近樣本的磁鐵中，從而可以減少傳輸損失。
圖2表示極化裝置3的實施例的一部分的透視圖，該極化裝置打算放在DNP系統(tǒng)的低溫保持器內(nèi)部。它包括一個微波腔3a，其通過波導(dǎo)管3b連接到微波能源(未示出)。腔3a具有一個基本為圓筒狀的外壁3d、上端板3e和下端板3f。腔3a用微波反射材料諸如黃銅制成。上端板3e有一個中心圓形開孔3g，其直徑適于允許樣本保持杯9(未示出)通過進(jìn)入腔3a。上和下端板3e、3f具有多個切口3h，它們由微波反射網(wǎng)3i覆蓋，該網(wǎng)允許液體氦進(jìn)入腔3a同時阻止微波通過切口3h從腔3a離開。腔3a安裝在波導(dǎo)管3b的下端3j上，而在腔3a的壁3d上的槽3k與在波導(dǎo)管3b的下端3j上的相似的槽3l對齊，以便允許微波從波導(dǎo)管3進(jìn)入腔3a。使槽3k、3l的大小適于優(yōu)化微波流進(jìn)入腔3a。例如，如果腔的內(nèi)直徑是28mm，波導(dǎo)管7的內(nèi)部高度是28mm和內(nèi)部寬度是7mm，則槽可以是5-10mm高和2-7mm寬。波導(dǎo)管3b的下端3j朝底部變細(xì)以便用作微波反射器用于增加耦合到腔3a的微波能量的數(shù)量。適當(dāng)?shù)淖兗?xì)角度依賴于波導(dǎo)管的大小、使用的微波頻率和槽3k、3l的大小，但是可以從大約5°到60°，但是優(yōu)選從15°到30°。調(diào)節(jié)腔3a、波導(dǎo)管3b、槽3k、3l的大小，使得腔3a用作微波能量的共振腔。為測量在樣本保持杯中包含的樣本的極化，可選地給該腔提供一個中心NMR提取線圈51。這可以適當(dāng)?shù)厥褂糜肞TFE制造的圓筒53，取決于靜態(tài)磁場方向，其設(shè)有螺旋狀或鞍狀銅繞組(未示出)并連接到適當(dāng)?shù)膫鞲醒b置上。
在本實施例中，樣本放置在樣本保持杯9中，后者向下放進(jìn)腔3a的中心(如果有提取線圈的話放在提取線圈內(nèi))。激活微波輻射源照射樣本，直到它被極化。然后可以借助給極化的樣本施加能量的裝置例如附接在激光器8上的光纖4(為方便示出用虛線表示)將其熔化，激光器在上面已經(jīng)說明并在圖1中表示，該裝置連接到壁3d上的激光進(jìn)入端口33，使得通過光纖4傳輸?shù)募す鈱?dǎo)向極化的固體樣本。
在根據(jù)本發(fā)明的腔的第二實施例中，下端板3f具有和樣本保持杯9同樣直徑的中心孔3m。這允許樣本保持杯9向下通過腔3a和從它的底部出去?？梢越o樣本接收容器提供多個豎直分開的樣本保持杯。這些杯的每一個可以是腔3a的高度或它的一部分。如果它們和腔3a的高度相同，則可能把在一個杯中的第一樣本暴露給在腔3a中的微波，而在第二杯中的第二樣本放置在腔外，但是仍然非常接近強(qiáng)磁場。當(dāng)?shù)谝粯颖颈蛔銐驑O化時，可以豎直移動樣本接收容器，以便在第二杯中的第二樣本處于腔3a中，而在第一杯中的被極化的第一樣本在腔3a外面的磁場中保持極化。可以重復(fù)這樣做直到所有樣本被極化，然后可以把所有樣本同時熔化，使用一個或者多個給極化的固體樣本施加能量的裝置。另外可選地，把每一個極化的樣本在DNP單元的強(qiáng)磁場中或在成像或光譜測定法裝置的磁場中依次熔化。
對于許多分析應(yīng)用來說NMR檢測是特別希望的。對于其它的應(yīng)用NMR檢測選擇性提供核子極化的測量。NMR檢測線圈可以具有任何已知的設(shè)計，例如螺線管形或鞍形。通常線圈(電感)用一個電容器調(diào)諧到NMR頻率并匹配電纜連接的特性阻抗。可以把NMR線圈調(diào)諧和匹配一些頻率，以便檢測感興趣的核子或多于一種的核子種類。可以把電容器安裝到靠近冷卻空間中的線圈的附近。這將允許得到最高的Q值。在不能使電容器靠近線圈的場合，可以把它們放在冷卻空間外面而通過一條傳輸線連接到低溫空間。傳輸線可以是同軸、雙絞線對、帶狀線、或任何其它適合的電纜連接。其選擇是在對冷卻空間的熱負(fù)載和信號衰減之間的折衷?？梢韵胂竦綆讉€線圈。它們可以為兩個NMR頻率調(diào)諧和允許在固體和液相兩種場合執(zhí)行雙共振NMR(解耦合，交叉極化等)。這也允許同時檢測多個核子。這樣分光計必需有多個接收器?？蛇x地，順序獲得各個核子的NMR信號。為了允許在一個短的時間內(nèi)分析多個樣本，可以提供為移動樣本的樣本傳送帶。另外，可以用光學(xué)裝置檢測固體樣本的熔化，以便執(zhí)行可重復(fù)產(chǎn)生的NMR分析。這一點可以通過使用在NMR分析腔內(nèi)或外的可選光學(xué)光檢測裝置檢查。因為某些感興趣的核子可以具有非常短的T1值，因此一旦結(jié)束熔化過程就可靠地分析可能是很重要的。因此優(yōu)選安排裝置為所有感興趣的核子同時激勵/檢測。如果NMR檢測電路被冷卻，則得到較好的信噪比。此外，信號放大器的冷卻常常是有利的。因此信號放大器可以放置在靠近NMR檢測電路優(yōu)選放在冷卻空間內(nèi)。超導(dǎo)線圈和SQUID檢測器是其它可用于改善信噪比的裝置。
圖3表示一種可用于簡單的極化測量的簡單而便宜的電路。該裝置是一個簡單的無線電頻率磁共振分光計?？梢允褂眠@種裝置來決定固體樣本在熔化和使用任何先前描述的檢測線圈前的極化。RF電路包括一個VCO(電壓可控的振蕩器)81、一個定向耦合器83、一個180度混合器85、混頻器87、LNA(低噪聲放大器)89、低通濾波器91、PC數(shù)據(jù)獲取卡93、和調(diào)諧的和匹配的MR(或激勵)線圈95(給出磁場B1)，該線圈布置成在橫截著來自靜磁場線圈97的靜磁場B0的方向上提供幾乎均勻的磁場。調(diào)諧線圈95到MR頻率和使其匹配傳輸線的特性阻抗(例如50Ω)。VCO81(或函數(shù)發(fā)生器)產(chǎn)生一個連續(xù)的波信號，其由定向耦合器83(分配器)分成兩個信號，一個驅(qū)動混頻器87的本地振蕩器，另一個到180度混合器85供給MR線圈95。可以使用固定衰減器(未示出)調(diào)節(jié)信號電平。VCO81應(yīng)該能夠在足夠的頻率范圍上被頻率調(diào)制以覆蓋感興趣的譜范圍。調(diào)制率通?？梢允?-50Hz，調(diào)制信號與信號獲取(信號平均)同步提供。優(yōu)選從PC數(shù)據(jù)獲取卡93產(chǎn)生調(diào)制信號和信號獲取，和該信號可以為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析方便地使用。當(dāng)通過磁共振掃頻時觀察反射系數(shù)的改變。反射信號由LNA 89放大并供給混頻器87。通過調(diào)節(jié)電纜的長度可以選擇吸收或散射信號。MR線圈95的帶寬自身產(chǎn)生一個拋物線基線，它必須從信號中減去。該基線可以在引入樣本前獲取，或它可以在信號區(qū)域外部配備一個多項式函數(shù)(或樣條函數(shù))?？梢砸砸恍┓绞綖樽顑?yōu)性能調(diào)節(jié)線圈的帶寬，例如阻性阻尼，能給出更好結(jié)果的過耦合，或優(yōu)選通過用LNA89活動地加載線圈95。在這一頻率區(qū)域內(nèi)的被調(diào)諧的線圈的自然帶寬是幾百Hz，對于大多數(shù)應(yīng)用來說不能提供足夠的帶寬。阻性阻尼增加有用的帶寬到可接受的程度。然而，這通過增加的平方根影響信噪比。這在某種程度上可以接受，因為VCO的振幅和相位噪聲經(jīng)常決定信噪比。磁場可以是從幾個mT到許多T的任何磁場，取決于VCO 81的旋轉(zhuǎn)和頻率的旋磁比。
上述實施例意在說明本發(fā)明而并不打算限制由下面的權(quán)利要求主張的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于熔化固體極化樣本的裝置，其中，該裝置包括用于極化固體樣本的裝置和用于熔化極化的固體樣本(4，8)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用于熔化的裝置被調(diào)節(jié)成在熔化期間的極化損失小于99％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用于熔化的裝置被調(diào)節(jié)成在熔化期間的極化損失小于90％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用于熔化的裝置被調(diào)節(jié)成在熔化期間的極化損失小于10％。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，在動態(tài)核子極化系統(tǒng)中提供所述用于熔化極化的固體樣本的裝置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括核磁共振分析線圈(31-31”)。
7.一種用于產(chǎn)生熔化的極化樣本的方法，其以下述步驟為特征把固體樣本引入極化裝置(2)；極化在所述極化裝置(2)內(nèi)的所述樣本；以及在所述極化的樣本仍在所述極化裝置(2)內(nèi)時熔化所述極化的樣本。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，熔化速度被調(diào)節(jié)成在熔化期間發(fā)生的極化損失小于99％。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，熔化速度被調(diào)節(jié)成極化損失小于90％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，熔化速度被調(diào)節(jié)成極化損失小于10％。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的裝置和方法以極化固體樣本、熔化所述極化的固體樣本和隨后執(zhí)行熔化的極化樣本的NMR分析的用途。
全文摘要
一種在保持高極化水平的同時熔化固體極化樣本的裝置和方法。在本發(fā)明的一個實施例中，樣本在樣本保持杯(9)中極化，樣本保持杯(9)放置在低溫保持器(2)中的極化裝置(3a，3b，3c)中的強(qiáng)磁場中，然后用諸如用光纖(4)連接到低溫保持器內(nèi)部的激光器(8)這樣的熔化裝置在低溫保持器(2)中熔化。
文檔編號G01N1/44GK1484510SQ01821709
公開日2004年3月24日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月3日
發(fā)明者J·H·阿登克耶爾-拉森, O·H·E·阿克塞爾松, K·K·戈爾曼, G·漢松, H·約翰尼松, R·塞爾文, M·塔寧, L·漢松, E 阿克塞爾松, J H 阿登克耶爾-拉森, 戈爾曼, 材崴 申請人:安盛藥業(yè)有限公司