專利名稱：為nmr分析溶解超極化固體材料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(shí)用于溶解固體極化材料的裝置和方法。
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?yàn)檫@種技術(shù)不侵入身體和不會(huì)使病人在研究時(shí)暴露在可能有害的輻射例如X射線下，因此它對(duì)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?yàn)樗褂玫牟牧系暮俗有D(zhuǎn)的極化非常低。存在有一些技術(shù)來(lái)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，為開發(fā)NMR信號(hào)用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)成像，在把極化的材料引入成像對(duì)象內(nèi)之前必須先使其成為溶液或液相。為了在體外分析用NMR分光鏡中使用，使被極化的固體材料成為溶液也經(jīng)常是有利的。問題在于，被極化的固體材料必須被變成溶液或液相，并且以最小的極化損失被傳輸?shù)絅MR磁鐵內(nèi)。專利申請(qǐng)No.WO9935508提到一種溶解固體極化材料的方法。在這一方法中，被極化的材料手動(dòng)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(shí)要承受0.4T的磁場(chǎng)。這一方法與其它產(chǎn)生包含極化材料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(diǎn)，即當(dāng)材料被手動(dòng)移動(dòng)時(shí)，很難得到可重新產(chǎn)生的結(jié)果。本發(fā)明的目的是提供一種方法及裝置來(lái)改善現(xiàn)有技術(shù)的方法來(lái)產(chǎn)生包含極化材料的溶液。

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(dú)立權(quán)利要求1或12的特征部分中說明的特征的裝置和具有在權(quán)利要求11或15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，用于以最小極化損失把極化的固體材料從極化單元帶入溶液或液相。描述用于產(chǎn)生熔解有超極化材料例如造影劑或分析樣本的溶液的裝置和方法。
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。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，樣本在第一儀器中被極化和在與第一儀器連接的第二溶解儀器中溶解。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，極化裝置和溶解裝置結(jié)合成一單一儀器，使得在被極化和溶解之間的傳輸時(shí)間最小和使樣本的極化損失最小。在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，極化單元和溶解腔與NMR分光計(jì)和/或NMR成像器結(jié)合，使得在樣本被溶解和被分析之間的時(shí)間最小和使樣本的極化損失最小。根據(jù)本發(fā)明，極化可以通過使用極化劑實(shí)現(xiàn)，例如包含順磁性有機(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(shí)施例的側(cè)面示意圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的側(cè)面示意圖；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三實(shí)施例的側(cè)面示意圖；圖4示意表示通過根據(jù)本發(fā)明的用于注射熱溶劑的裝置的部分；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的樣本保持容器的一個(gè)實(shí)施例；圖6表示一個(gè)裝置的側(cè)面示意圖，該裝置用于由DNP產(chǎn)生超極化的材料，其與NMR分光計(jì)相接；以及圖7示意表示磁共振測(cè)量電路的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置中，要極化的材料的固體樣本可以仍在固相狀態(tài)下通過任何合適的已知方法被極化，例如強(qiáng)力極化、動(dòng)態(tài)核極化或旋轉(zhuǎn)冷藏庫(kù)方法，同時(shí)保持在強(qiáng)磁場(chǎng)(例如1-25T)中的低溫下(例如低于100K)。在固體材料被極化后以最小極化損失放入溶液中。下面，表述“用于溶解的被極化材料的單元”指其內(nèi)可以使固體極化的材料能夠與足夠數(shù)量溶劑接觸使該被極化的固體材料熔解的容器，和/或其內(nèi)可以存儲(chǔ)溶解的被極化的材料的容器。表述“溶解的”指所述要溶解在溶劑內(nèi)的物質(zhì)的分子在所述溶劑內(nèi)均勻分布。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，溶解發(fā)生在用于溶解的被極化的材料的單元中，該被極化的材料物理上與極化裝置分開，用于溶解的被極化的材料的單元也在物理上與分析裝置分開，因此，被極化的材料需要從一個(gè)裝置傳送到另一個(gè)裝置。一般說，這必須迅速地、可重復(fù)地和在特殊條件下進(jìn)行，這在下面為一些不同的例子詳細(xì)說明。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，溶解發(fā)生在包括極化裝置的同一設(shè)備中。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，被極化的材料的溶解在保持在組合的極化、溶解和NMR分析裝置中時(shí)進(jìn)行和被使用。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，材料在緊靠NMR分光計(jì)的極化設(shè)備中被極化，被極化的材料在極化設(shè)備中被溶解，然后迅速傳送到NMR的分析區(qū)域。
所述發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(diǎn)，因?yàn)闃颖静槐叵窆腆w樣本那樣旋轉(zhuǎn)。
對(duì)于大多數(shù)固體材料，松弛率(如果超極化的話的極化損失)作為逆磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)迅速增加。因此，對(duì)于這些極化的材料，優(yōu)選把它們保持在強(qiáng)磁場(chǎng)(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(chǎng)取向、強(qiáng)磁梯度、或射頻場(chǎng)的突然改變，這些應(yīng)該盡可能避免。被極化的材料的溶解可以通過幾種方法促進(jìn)。當(dāng)可能時(shí)，固體材料應(yīng)當(dāng)作為精細(xì)的粉末提供，以便允許迅速分散和使固體顆粒和溶劑密切接觸。固體顆粒(或珠粒)和溶劑可以通過攪動(dòng)、混合、搖動(dòng)、起泡、粉碎、聲波降解、微波加熱、激光照射或任何提供激勵(lì)的裝置或可選加熱劇烈激勵(lì)。溶劑的溫度可以為特別的材料優(yōu)化，以便提供最快可能的溶解而不引起不必要的松弛。松弛率作為溫度和磁場(chǎng)的函數(shù)對(duì)每一種固體材料和溶劑/溶質(zhì)系統(tǒng)都是唯一的。因此為實(shí)際被溶解的材料的最小松弛對(duì)溶劑的溫度進(jìn)行優(yōu)化是有利的。一般，但是并非總是，磁場(chǎng)應(yīng)該盡可能強(qiáng)。這也適用于在溶解處理期間的液體樣本。處理期間的最小T1一般隨磁場(chǎng)的增加而增加。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在一個(gè)動(dòng)態(tài)核極化(DNP)系統(tǒng)中提供用于溶解固體極化材料的裝置。這一DNP系統(tǒng)包括一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1-25T或更高的磁鐵，它放置在一個(gè)低損失低溫保持器中，以便獲得最優(yōu)低溫保持時(shí)間。對(duì)于高于大約2T的磁場(chǎng)，該磁鐵可是超導(dǎo)的。對(duì)于較低的磁場(chǎng)，一個(gè)較簡(jiǎn)單的磁鐵是優(yōu)選的。一個(gè)特別優(yōu)選的DNP系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)用于磁場(chǎng)強(qiáng)度為2-25T的超導(dǎo)磁鐵。該磁鐵放在一個(gè)超低損失低溫保持器中以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)低溫保持時(shí)間。所需要的磁場(chǎng)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(chǎng)補(bǔ)償(field shims)甚至對(duì)大的樣本也可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。相應(yīng)地，極化期間的磁場(chǎng)的穩(wěn)定性應(yīng)該比同質(zhì)性準(zhǔn)則更好，亦即磁場(chǎng)漂移應(yīng)該比不同質(zhì)性小。該磁鐵設(shè)計(jì)為能容納一個(gè)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(gè)抽氣的氦浴或至少一個(gè)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(gè)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(gè)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?，例如固定在氦蒸汽冷卻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(gè)在其基座上的毛細(xì)管連接到氦罐上。氦流可以用一個(gè)針閥控制，針閥可以從外部手動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制裝置等自動(dòng)調(diào)節(jié)。進(jìn)入氦浴的氦流可以用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的針閥控制。可以例如通過Allen Brandley碳阻儀監(jiān)測(cè)液體的水平，針閥可以手動(dòng)或自動(dòng)控制以維持一個(gè)固定的水平。為實(shí)現(xiàn)量級(jí)為1K(4He)的較低的溫度，可以給浴抽氣，而浴的溫度可以通過例如用絕對(duì)電容變換器或Pirani元件測(cè)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(cè)量來(lái)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(kù)(‘無(wú)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(lái)極化樣本。為照射提供微波設(shè)備。微波設(shè)置可以以一些方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于較低頻率(低于大約200GHz)，可以使用波導(dǎo)管來(lái)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)。微波結(jié)構(gòu)優(yōu)選配置成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)明的裝置和方法溶解，這在下面說明。
圖1表示第一實(shí)施例的例子。該圖表示用于極化固體材料的低溫保持器裝置1，給該裝置1提供一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固體被極化材料溶解裝置。裝置1(用虛線圍起)包括一個(gè)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(chǎng)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材料的極化裝置在現(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(chǎng)強(qiáng)度足夠高，例如在1-25T之間，用于極化材料。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(jí)的氣壓?？梢栽诳?內(nèi)包含一個(gè)樣本引入裝置諸如一個(gè)可拆卸的樣本傳輸管7，管7可以從孔6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(gè)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(jí)為0.1-100K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的下端內(nèi)可拆卸固定一個(gè)樣本保持容器，諸如樣本保持杯9。該杯9意圖保存引入管7中的任何材料。杯9優(yōu)選用具有低比熱的輕材料諸如泡沫塑料例如聚苯乙烯制造，使得杯9的熱容量盡可能低。密封的He入口管10(為容易表示用虛線表示)從孔6的頂部延伸到杯9的基部。
裝置1另外包括從樣本保持杯9中提取材料的裝置。這些用于提取材料的裝置可以包括提取管11，它從樣本保持杯9的基部上面一個(gè)短的距離通過閥14延伸到用于溶解的被極化材料的單元15。閥14可以手動(dòng)，優(yōu)選在計(jì)算機(jī)控制下，打開以允許在提取管11和用于溶解的被極化材料的單元15之間連通，和可以關(guān)閉以阻止這種連通。用于溶解的被極化材料的單元15有一個(gè)本體16和可以給其提供裝置以加速固體溶解，諸如混合、攪動(dòng)或激勵(lì)裝置17，例如帶刀片19的電動(dòng)刀混合器。優(yōu)選被極化材料可以與之接觸的所有表面都進(jìn)行涂敷以防止被極化的分子與順磁性鐵接觸。用于溶解的被極化材料的單元15優(yōu)選用產(chǎn)生存儲(chǔ)磁場(chǎng)的裝置諸如永磁鐵20或電磁鐵圍繞。表述“存儲(chǔ)磁場(chǎng)”意圖表示在用于溶解的材料的單元15內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該足夠在至少幾秒優(yōu)選幾分鐘的期間維持超極化的材料。用于溶解的被極化材料的單元15可以至少部分充以適合溶解材料的溶劑21。真空源V通過閥23連接到用于溶解的被極化材料的單元15，閥23優(yōu)選由計(jì)算機(jī)28計(jì)算機(jī)控制。用于溶解的材料的單元的底部包含一個(gè)出口25，給其提供一個(gè)閥27，優(yōu)選是計(jì)算機(jī)控制的，用于控制用于溶解的被極化材料的單元15的內(nèi)容物的排放。優(yōu)選使用計(jì)算機(jī)控制的、或其它自動(dòng)閥，因?yàn)檫@允許以準(zhǔn)確和可重復(fù)方式控制閥的打開和關(guān)閉的定時(shí)。自然，可以使用操作員例如通過按壓?jiǎn)?dòng)按鈕或給計(jì)算機(jī)發(fā)布啟動(dòng)命令啟動(dòng)處理。
使用本發(fā)明的第一實(shí)施例、為產(chǎn)生在固態(tài)下而已被極化的被溶解的材料的溶液的方法的例子具有下面的步驟把形式為粉末、顆粒或珠粒的固體材料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(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)中，孔6制成真空密閉的，并抽到其工作氣壓；超極化仍然是固體的材料；用于溶解的被極化材料的單元15部分充以溶劑；在開封He入口管10的上端后，孔6重新加壓到大氣壓力；如果樣本保持器杯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；關(guān)閉出口25的閥27和打開通向真空源的閥23以便使本體16產(chǎn)生低氣壓。關(guān)閉閥23，打開閥14，主宰本體16的低氣壓導(dǎo)致在樣本保持杯9內(nèi)的提取管11的端部形成抽吸，He流從He入口管10的上端通過提取管11進(jìn)入用于溶解的材料的單元15。通過合適的高吸作用，He流氣體把超極化的材料通過管11吸入用于溶解的被極化材料的單元15的本體16中；在固體材料被吸入溶劑的同時(shí)驅(qū)動(dòng)混合、攪動(dòng)和激勵(lì)裝置17以便加速溶解過程；在材料進(jìn)入本體16后，關(guān)閉閥23；在材料被溶解后通過打開閥27把被極化的材料的溶液通過出口25排出。
通過提供從極化單元中去除固體超極化材料的其它裝置可以改造本發(fā)明上面的實(shí)施例。固體材料例如可以借助加壓氣體(如果樣本在氦浴中的話例如He)的脈沖從極化單元噴射。氣體可以通過管從壓縮氣體瓶引入He入口管。或者可以想見它可以通過給該浴提供預(yù)定熱量從液體氦浴中可靠產(chǎn)生，例如通過電阻加熱蒸發(fā)一些氦。或者固體材料可以從極化單元被傳輸?shù)接糜谑褂脵C(jī)械裝置溶解被極化的材料的單元中。例如，代替提取管11，樣本傳輸管7可以包括一個(gè)可拆卸的樣本保持容器，或往復(fù)移動(dòng)送件設(shè)備，用于保持極化的材料。這一可拆卸容器可以升高或降低，例如通過連接到一根電纜或繩索上，后者連接到一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置上，諸如馬達(dá)或重物或彈簧或類似物體上，從極化單元到用于溶解的被極化材料的單元再返回。一旦它在用于溶解的被極化材料的單元中，則可動(dòng)容器可以傾斜或以某種其它方式把固體材料沉積在溶劑中。材料容器也可以用彈簧移動(dòng)，后者在材料容器被向下放入極化單元中時(shí)被張緊。當(dāng)希望從極化單元中取出容器時(shí)，使用彈簧的張力迅速把容器從極化單元中拉出；或者可以在樣本保持器中包括一個(gè)高溫超導(dǎo)體回路和通過圍繞的線圈在這一回路中感應(yīng)電流。電流可以在這一方向上感應(yīng)，使得它建立一個(gè)與主磁場(chǎng)相對(duì)的磁場(chǎng)，從而從樣本接收管中推出樣本保持器。
為限制溶解的材料的極化損失，應(yīng)該這樣安排傳輸裝置，使得被極化材料在從低溫保持器的高磁場(chǎng)內(nèi)部向用于溶解的材料的單元或其它容器或設(shè)備的磁場(chǎng)內(nèi)部傳送時(shí)它的傳輸時(shí)間小于材料的T1(自旋晶格)松弛時(shí)間。優(yōu)選這一傳輸時(shí)期這樣短，使得它產(chǎn)生的極化損失小于99％，更優(yōu)選小于90％，甚至優(yōu)選小于10％。通過減少在用于溶解的被極化材料的單元中的壓力或調(diào)節(jié)機(jī)械傳輸裝置的速度等可以減少傳輸時(shí)間。在從極化單元傳輸被極化的材料期間，隨著被極化材料從超導(dǎo)磁場(chǎng)移開，圍繞它的磁場(chǎng)減小。一些材料的極化在只有幾秒或甚至更短時(shí)間后在低磁場(chǎng)中松弛。在這些場(chǎng)合，可以通過使用靠近材料的永磁鐵、超導(dǎo)或電阻回路至少在傳輸期間臨時(shí)提供強(qiáng)的局部磁場(chǎng)。另外，傳輸距離和傳輸時(shí)間優(yōu)選盡可能短。為實(shí)現(xiàn)最好的結(jié)果，極化單元和用于溶解的被極化材料的單元優(yōu)選放在強(qiáng)磁場(chǎng)中，例如數(shù)量級(jí)為0.1-25T。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然，在任何場(chǎng)合所需要的實(shí)際磁場(chǎng)強(qiáng)度將隨固體的類型和使用的溶解方法變化。對(duì)于一些分子，在溶液中的松弛依賴于溫度，可以選擇為該溶液的最優(yōu)溫度盡可能長(zhǎng)地保持極化。一般，但是并非總是，磁場(chǎng)在溶解期間應(yīng)該盡可能強(qiáng)。在溶解處理期間的最小T1通常隨磁場(chǎng)的增加而增加。另外，松弛時(shí)間依賴于磁場(chǎng)和可以在溶液的傳輸期間(例如在從極化裝置傳輸溶液到成像磁鐵期間)施加的適合的磁場(chǎng)。
為在把固體超極化材料傳輸?shù)接糜谌芙獾谋粯O化材料的單元期間使其保持盡可能低的溫度，優(yōu)選使用用于用于管的具有低熱導(dǎo)率和低比熱的材料，例如，特氟綸TM、聚氨酯、硅等。另外，管可以制成雙層壁和/或鍍銀，以便減少由傳導(dǎo)和/或輻射引起的熱傳輸。
在圖2中示意表示的本發(fā)明的第二實(shí)施例中，可以在使材料仍然在低溫保持器裝置1中的同時(shí)執(zhí)行對(duì)在樣本保持杯9中的超極化材料的溶解。這可以通過提供一個(gè)溶劑引入裝置實(shí)現(xiàn)。這例如可以通過給閥23供應(yīng)一個(gè)合適的高壓氣體或液體HP例如空氣或氦或溶劑實(shí)現(xiàn)，這在圖2中用點(diǎn)線表示。
使用本發(fā)明的第二實(shí)施例、為產(chǎn)生在固態(tài)下被極化的固體材料的溶液的方法的例子具有下面的步驟把形式為粉末、顆?；蛑榱５墓腆w材料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(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)中，孔6制成真空密閉的，并抽到其工作氣壓；超極化仍然是固體的材料；用于溶解的被極化材料的單元15部分充以溶劑；孔6重新加壓到大氣壓力，并開封He入口管10的上端；如果樣本保持器杯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；關(guān)閉出口25的閥27和調(diào)節(jié)閥23，使得它連接本體16到高壓氣體或液體源HP，使得在本體16中發(fā)生過壓。打開閥14。這導(dǎo)致溶劑從本體16被強(qiáng)迫進(jìn)入樣本傳輸管7。一旦給樣本傳輸管7提供足以溶解固體材料的體積或更多溶劑時(shí)就關(guān)閉閥23。樣本傳輸管7中的溶劑開始接觸并溶解樣本保持杯中的超極化的固體材料。提供作用于樣本保持杯9中的材料的可選混合、攪動(dòng)或激勵(lì)裝置(未示出)以便加速材料的溶解；如果希望從低溫保持器(不是在現(xiàn)場(chǎng)分析)中抽出溶解的超極化材料的溶液的話，則打開通向真空源的閥23，使得在本體16中出現(xiàn)低壓。這導(dǎo)致在樣本傳輸管7內(nèi)的管11的端部形成抽吸，He流從He入口管10通過管11進(jìn)入用于溶解的材料的單元15。這一He流把超極化的材料通過管11吸入用于溶解的被極化材料的單元15的本體16中；在材料和溶劑進(jìn)入本體16后，關(guān)閉閥23；在本實(shí)施例中在用于溶解的材料的單元中的混合、攪動(dòng)或激勵(lì)裝置17是任選的，但是如果提供它的話，則可以在預(yù)定時(shí)間期間內(nèi)驅(qū)動(dòng)它，以便保證固體材料被完全溶解；然后可以打開閥27把被極化的材料的溶液通過出口25排出。
優(yōu)選例如由計(jì)算機(jī)(未示出)進(jìn)行控制使這一方法自動(dòng)進(jìn)行，和提供計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)器(未示出)來(lái)操作閥和混合、攪動(dòng)或激勵(lì)裝置。
在本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中，可以通過簡(jiǎn)單地在樣本傳輸管7的上開口端注入溶劑而給樣本保持杯9增加溶劑。然后可以以任何適合的方式吸入溶劑和溶解的被極化材料的溶液，或者通過注射入更多溶劑或氣體等通過出口逐出溶液。
當(dāng)如在本發(fā)明的第二實(shí)施例中那樣通過在極化單元中引入溶劑把極化的固體材料帶入極化單元中的溶液中時(shí)，被極化的固體材料在被保持在極化單元的強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)或靠近磁鐵的強(qiáng)磁場(chǎng)的同時(shí)被溶解。如果材料在氦(或氮)浴中被極化，則可以把該材料從浴中升起以在溶解前排出液體冷卻劑。該樣本仍然經(jīng)受極化單元的磁場(chǎng)的重要部分。然后可以把溶劑引入樣本保持杯中與固體材料混合，以迅速溶解固體，其后溶液用注射器(手動(dòng)或自動(dòng))或由上述流體系統(tǒng)抽出，和注射入要成像的物體中或徑直由溶液NMR分析。
在把被極化的固體材料在極化單元中變成液相時(shí)必須考慮幾個(gè)因素。如上所述，一個(gè)因素是進(jìn)入極化單元的液體的熱損失，因?yàn)橹匾氖钱?dāng)它與冷的樣本保持容器和固體材料接觸時(shí)它不凍結(jié)。因此，添加的溶劑的量應(yīng)該具有這樣的整體熱容量和比熱容量，使得它有足夠的熱能來(lái)防止它在溶解固體材料時(shí)被凍結(jié)。水是溶劑的一種良好選擇，由于它有高的比熱容量和凝固的高潛伏能。當(dāng)樣本要在體內(nèi)使用時(shí)也要為生物理由選擇溶劑。其它適合的溶劑是諸如Ringer的醋酸鹽的生物緩沖劑。當(dāng)要使用NMR光譜學(xué)或分析用高分辨率NMR光譜學(xué)分析樣本時(shí)，很寬范圍的溶劑是可能的，而使用具有防凍添加劑例如甘油的水特別具有優(yōu)點(diǎn)。另一個(gè)重要的因素是引入溶劑的管線的設(shè)計(jì)和樣本保持容器的設(shè)計(jì)。優(yōu)選具有低熱導(dǎo)率和低比熱容量的輕材料以便當(dāng)把管線向下放入孔中時(shí)由溶劑引起的熱能損失和對(duì)樣本保持容器的能量損失保持到最小。典型的合適的材料是特氟綸TM、聚氨酯、PEEK、AerogelTM(氣凝膠)和PerliteTM(珍珠巖)。使用雙壁管線(內(nèi)管可以在溶劑添加前立即插入)也是有用的。另外排空雙壁管的壁之間的空間是有利的。管可以鍍銀或涂敷絕緣薄膜(例如鋁化MylarTM(聚脂薄膜))。在管線上纏繞阻熱線或薄膜以改善控制樣本溫度的裝置也可以是有利的。另一個(gè)要考慮的因素是用于制造樣本傳輸管和所用的任何樣本保持器的材料。這里適用上面同樣的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，但是陶瓷材料在這里特別適合。例如，使用具有多孔的陶瓷或泡沫塑料材料是有用的，當(dāng)液體水或其它溶劑不能通過壁流通時(shí)它能使超流體氦容易地通過樣本接收管和/或樣本保持器的壁流通以冷卻固體材料。這允許材料通過浸入在位于液體氦浴中的形式為杯或端部封閉的管的樣本保持容器中冷卻，然后把該容器抬起到液體氦的表面之上，使得在加水前通過容器的孔排出液體氦。樣本溶解后，在體內(nèi)應(yīng)用的場(chǎng)合，樣本必須從樣本保持器中取出。這可以或者通過上面說明的本發(fā)明的方法例如流體系統(tǒng)進(jìn)行，這里液體通過樣本保持器被泵出，或者通過吸出或加壓樣本容器，在用于溶解的被極化材料的單元內(nèi)的極化單元外部收集溶液，例如在注射器中，使得為注射入對(duì)象作好準(zhǔn)備。
在第三實(shí)施例中，可以想象在作為極化單元和溶解單元的同一儀器中提供分析用NMR儀器。這在圖3中用多個(gè)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。可以用于磁場(chǎng)補(bǔ)償和NMR信號(hào)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(chǎng)合，用于溶解的被極化材料的單元正是樣本保持杯，傳輸時(shí)間是零秒。這一點(diǎn)是有利的，因?yàn)樵谶@一場(chǎng)合在執(zhí)行分析亦即成像或光譜分析時(shí)不需要把樣本移動(dòng)到超導(dǎo)磁鐵的磁場(chǎng)之外。另外浸在液體氦內(nèi)的線圈的低操作溫度改善它們的信噪比一個(gè)(大于3的)顯著的因子。涉及場(chǎng)強(qiáng)的需求對(duì)于極化和NMR檢測(cè)可以不相同，和可以提供裝置用于從磁鐵的一部分移動(dòng)樣本到另一部分。NMR檢測(cè)可以以在比為DNP處理最優(yōu)的磁場(chǎng)較低或較高的磁場(chǎng)下有利地進(jìn)行。因此，一種實(shí)施將是在磁鐵的下邊緣(亦即在較低的磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)，例如9.4T，和同質(zhì)性)被溶解和NMR檢測(cè)。另外，樣本可以被升到一個(gè)中間位置被溶解，然后移動(dòng)到磁鐵中心進(jìn)行NMR檢測(cè)。
本發(fā)明的一個(gè)可能的變化是結(jié)合多個(gè)樣本保持器到裝置中，以便可以同時(shí)或順序極化幾個(gè)樣本和一個(gè)接一個(gè)被排出或溶解。還可能使用這樣的系統(tǒng)，其中同時(shí)溶解和分析幾個(gè)樣本。對(duì)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(gè)圓盤傳送帶類型的保持器或柵格型保持器。
在第四實(shí)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裝置以便產(chǎn)生可以由DNP進(jìn)行高極化的樣本的設(shè)備。為這樣做，需要給NMR裝置提供一個(gè)位于磁場(chǎng)中間的低溫空間。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以給任何具有適當(dāng)寬度孔尺寸的普通NMR磁鐵如下述裝備一個(gè)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(gè)真空絕緣腔，它可以插入正常設(shè)計(jì)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(cè)固態(tài)和溶液中的核子信號(hào)。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。
上面說明的實(shí)施例公開了一個(gè)DNP裝置，它以在原處的方法執(zhí)行本發(fā)明(亦即極化、溶解和NMR檢測(cè)都在同一設(shè)備內(nèi)執(zhí)行)。它的缺點(diǎn)在于現(xiàn)有的NMR分光計(jì)不能為DNP增強(qiáng)的光譜學(xué)使用容易地重新配置。為克服這一缺點(diǎn)，現(xiàn)在說明本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，它示于圖6，其中，一個(gè)DNP裝置71安排在NMR分光計(jì)77附近并可用一個(gè)被極化材料的傳輸線76連接到分光計(jì)77，DNP裝置71包括一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生單元72，例如超導(dǎo)磁鐵、永磁鐵或電磁鐵，還給DNP裝置71提供一個(gè)內(nèi)冷卻空間73，其中可以放入樣本和安排例如由微波源74和波導(dǎo)裝置75組成的微波產(chǎn)生單元以極化樣本。在該DNP單元中可選提供另外的NMR線圈78以便量化在固態(tài)和/或溶液中的樣本的磁化。被極化的樣本可以作為固體從冷卻空間中抽出和在用于極化的材料79的單元中溶解(用在DNP裝置71和NMR分光計(jì)77之間的虛線表示)，或如上所述它可以在原處溶解。相對(duì)于NMR磁鐵放置DNP設(shè)備時(shí)存在一些靈活性。然而優(yōu)選距離盡可能短以便減少溶解的被極化材料在DNP裝置和NMR分光計(jì)之間的傳輸時(shí)間。這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以為現(xiàn)有NMR分光計(jì)作為升級(jí)提供。用于DNP超極化的NMR分光計(jì)的重新配置迅速而容易?，F(xiàn)有NMR探針(流動(dòng)探針)可以容易地接口并可以吸納當(dāng)前NMR技術(shù)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。被極化的液體樣本應(yīng)該盡可能快地離開DNP設(shè)備和為立即進(jìn)行NMR分析放在流動(dòng)探針活動(dòng)區(qū)域，因此一旦樣本在NMR分光計(jì)中時(shí)就需要準(zhǔn)確定時(shí)整個(gè)極化、溶解、傳輸過程和觸發(fā)NMR激勵(lì)/獲取。這一點(diǎn)可以方便地由計(jì)算機(jī)控制，以便保證為液體的傳輸時(shí)間和在它到達(dá)NMR分光計(jì)和觸發(fā)NMR激勵(lì)/獲取之間的延遲優(yōu)選短于核子T1。
圖4示意表示通過溶劑加熱和注射裝置41的一個(gè)實(shí)施例的橫斷面部分，其適合用于注射加熱的溶劑到樣本保持容器中，例如在低溫保持器中的樣本保持杯。溶劑加熱和注射裝置41包括一個(gè)壓力容器43，它能抵抗至少2巴，優(yōu)選10巴的壓力，該壓力容器43可以通過諸如包繞在壓力容器43上的加熱線圈45的加熱裝置加熱，和可通過開關(guān)或繼電器46連接到電源47。優(yōu)選壓力容器43例如通過圍繞它的絕緣護(hù)套49熱絕緣。給壓力容器43提供一個(gè)入口51，其可通過入口管53和入口閥55連接到溶劑源57，和提供一個(gè)出口，其可通過出口管61和出口閥63連接到樣本保持容器(未示出)。一個(gè)壓力傳感裝置諸如壓力傳感器65可連接到溶劑加熱和注射裝置41，以便測(cè)量和可選顯示壓力容器43中的壓力。溶劑加熱和注射裝置41以下面的方式工作出口閥63關(guān)閉，閥55打開，以允許足以溶解被極化的樣本的數(shù)量的溶劑進(jìn)入壓力容器43，然后閥55關(guān)閉；開關(guān)46關(guān)閉，使得加熱線圈45可連接到電源47，壓力容器43中的溶劑被加熱；溫度的升高引起溶劑開始沸騰，這引起壓力容器43內(nèi)部的壓力上升；當(dāng)由壓力傳感器65記載的壓力達(dá)到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，例如2巴或5巴，它對(duì)應(yīng)于為溶解樣本需要的溫度，斷開電源47，出口閥63打開，超過存在于壓力容器43內(nèi)的環(huán)境壓力的過壓力使溶劑通過出口管61迅速噴到樣本保持容器，在這里它溶解樣本。
如虛線所示，優(yōu)選閥55和63、壓力傳感器65和加熱線圈45連接到諸如計(jì)算機(jī)67的控制裝置。優(yōu)選給計(jì)算機(jī)67提供用于控制溶劑加熱和注射裝置41的軟件和，如果可應(yīng)用的話，和用于控制從樣本保持容器中去除溶解的被極化樣本的裝置的軟件。
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(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的微波照射。微波結(jié)構(gòu)可以是附接到波導(dǎo)管(如在圖5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(jì)為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(chǎng)的強(qiáng)度。對(duì)于較低的頻率(小于大約200GHz)，可以方便地使用波導(dǎo)管來(lái)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(jì)波導(dǎo)管對(duì)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(gè)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(gè)集成部分。這樣產(chǎn)生微波的活動(dòng)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5表示極化裝置3的實(shí)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(gè)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(gè)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(gè)中心圓形開孔3g，其直徑適于允許樣本保杯9(未示出)通過進(jìn)入腔3a。上和下端板3e、3f具有多個(gè)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(shí)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(duì)齊，以便允許微波從波導(dǎo)管3b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以增加耦合到腔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)管的尺寸、使用的微波頻率和槽31k、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(cè)量在樣本保持杯中所包含的樣本的極化，可選給該腔提供一個(gè)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(chǎng)取向，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(shí)施例中，樣本放置在樣本保持杯9中，而樣本保持杯向下放進(jìn)腔3a的中心(如果有提取線圈的話放在提取線圈內(nèi))。激活微波輻射源和照射樣本。然后可以借助上述的方法溶解(亦即在低溫保持器內(nèi)原處或在低溫保持器外部用于溶解的被極化的材料的單元中)和把溶解的被極化的樣本保持在用于溶解的被極化的材料的單元中，或者在強(qiáng)磁場(chǎng)中的某些其它容器中(例如樣本保持杯)，如果需要的話。
在根據(jù)本發(fā)明的腔的第二實(shí)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(gè)豎直分開的樣本保持杯。這些杯的每一個(gè)可以具有腔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(gè)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(chǎng)。當(dāng)?shù)谝粯颖颈蛔銐驑O化時(shí)，可以豎直移動(dòng)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(chǎng)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(shí)溶解，使用一個(gè)或者多個(gè)為從樣本傳輸管中提取材料的裝置。另外可選，把每一個(gè)極化的樣本依次和在液相下存儲(chǔ)在DNP單元的強(qiáng)磁場(chǎng)中的它的杯(因此它是用于溶解的被極化材料的單元)內(nèi)、或者在成像或光譜測(cè)定法裝置的磁場(chǎng)中的用于溶解的被極化材料的另外的單元中溶解。
對(duì)于許多分析應(yīng)用來(lái)說NMR檢測(cè)是特別希望的。對(duì)于其它的應(yīng)用NMR檢測(cè)選擇性提供核子極化的測(cè)量。NMR檢測(cè)線圈可以具有任何已知的設(shè)計(jì)，例如螺線管形或鞍形。通常線圈(電感)用一個(gè)電容器調(diào)諧到NMR頻率并匹配電纜連接的特性阻抗?？梢园袾MR線圈調(diào)諧和匹配一些頻率，以便檢測(cè)感興趣的核子。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(chǎng)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(duì)、帶狀線、或任何其它適合的電纜連接。其選擇是在對(duì)冷卻空間的熱負(fù)載和信號(hào)衰減之間的折衷?？梢韵胂竦綆讉€(gè)線圈。它們可以為兩個(gè)NMR頻率調(diào)諧和允許在固體和液相兩種場(chǎng)合執(zhí)行雙共振NMR(解耦合、交叉極化等)。這也允許同時(shí)檢測(cè)多于一種核種類的核子。這樣分光計(jì)必需有多個(gè)接收器?？蛇x，順序獲得各個(gè)核子的NMR信號(hào)。為了允許在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)分析多個(gè)樣本，可以提供為移動(dòng)樣本的樣本傳送帶。另外，可以用光學(xué)裝置檢測(cè)固體材料的溶解，因?yàn)闉閳?zhí)行可重復(fù)產(chǎn)生的NMR分析，重要的是均勻溶解要被檢查的材料。這一點(diǎn)可以通過使用在NMR分析腔內(nèi)或外的可選光學(xué)光檢測(cè)裝置檢查。因?yàn)槟承└信d趣的核子可以具有非常短的T1值，因此一旦結(jié)束溶解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(shí)激勵(lì)/檢測(cè)。如果NMR檢測(cè)電路被冷卻，則得到較好的信噪比。此外，信號(hào)放大器的冷卻常常是有利的。因此信號(hào)放大器可以放置在靠近NMR檢測(cè)電路優(yōu)選放在冷卻空間內(nèi)。超導(dǎo)線圈和SQUID檢測(cè)器是其它可用于改善信噪比的裝置。
圖7表示一種可用于簡(jiǎn)單的極化測(cè)量的簡(jiǎn)單而便宜的電路。該裝置是一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線電頻率磁共振分光計(jì)。可以使用這種裝置來(lái)決定固體樣本材料在溶解和使用任何先前說明的檢測(cè)線圈前的極化。RF電路包括一個(gè)VCO(電壓可控的振蕩器)81、一個(gè)定向耦合器83、一個(gè)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(lì))線圈95(給出磁場(chǎng)B1)，該線圈安排用于在橫截著來(lái)自靜磁場(chǎng)線圈97的靜磁場(chǎng)B0的方向上提供幾乎均勻的磁場(chǎng)。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)。VCO 81(或函數(shù)發(fā)生器)產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的波信號(hào)，其由定向耦合器83(分配器)分成兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)混合器87的本地振蕩器，另一個(gè)到180度混合器85供給MR線圈95?？梢允褂霉潭ㄋp器(未示出)以調(diào)節(jié)信號(hào)電平。VCO 81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(hào)與信號(hào)獲取(信號(hào)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(hào)和信號(hào)獲取，和該信號(hào)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(shí)觀察反射系數(shù)的改變。反射信號(hào)由LNA 89放大并供給混合器87。通過調(diào)節(jié)電纜的長(zhǎng)度可以選擇吸收或散射信號(hào)。MR線圈95的帶寬自身產(chǎn)生一個(gè)拋物線基線，它必須從信號(hào)中減去。該基線可以在引入樣本前獲取，或它可以在信號(hào)區(qū)域外部配備一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)(或樣條函數(shù))。可以以一些方式為最優(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LNA 89主動(dòng)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(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)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了信噪比。這在某種程度上可以接受，因?yàn)閂CO的振幅和相位噪聲經(jīng)常決定信噪比。磁場(chǎng)可以是從幾個(gè)mT到許多T的任何磁場(chǎng)，取決于VCO 81的旋轉(zhuǎn)和頻率的旋磁比。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，強(qiáng)磁場(chǎng)的存在和可選提升的/優(yōu)化的溶劑溫度、激勵(lì)、和精細(xì)分割的固體樣本使在溶解期間的磁化損失最小。在溶解任何特定固體極化的材料期間保持的極化的量依賴于，除別的事項(xiàng)外，下面的因素被極化材料的組成，材料的形成和尺寸(例如它是珠粒、粉末、顆?；蛘咚怨腆w塊存在)，用于溶解它的溶劑，溶劑溫度，溶解速度，溶解在其內(nèi)發(fā)生的磁場(chǎng)。通過為每一材料優(yōu)化這些因素，可以使極化損失變得忽略不計(jì)。當(dāng)樣本保持在高極化水平時(shí)溶解它的優(yōu)化條件可以從實(shí)驗(yàn)迅速發(fā)現(xiàn)。下面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示改變?nèi)芙鈽颖拘枰臅r(shí)間的結(jié)果，所有其它變量保持不變?cè)贒2O中在360K的溫度下在3秒內(nèi)在3.35T的磁場(chǎng)中溶解摻有15mM OX063的直徑為1mm的HP001(1-羥甲基-1-13C-環(huán)丙基)-甲醇珠粒產(chǎn)生的極化損失小于10％。在8秒內(nèi)溶解同樣的物質(zhì)產(chǎn)生的極化損失為69％。在12秒內(nèi)執(zhí)行對(duì)同樣的物質(zhì)的溶解引起的極化損失為97％。這些結(jié)果可重復(fù)產(chǎn)生和允許在估計(jì)以不同速率溶解期間的極化損失程度。這樣，這些結(jié)果表示在12秒內(nèi)溶解HP001導(dǎo)致極化損失小于99％(實(shí)際97％)，在8秒內(nèi)溶解HP001導(dǎo)致極化損失小于90％(實(shí)際只有69％)和在3秒內(nèi)溶解HP001引起極化損失小于10％。更迅速溶解，例如通過更大激勵(lì)或更高的溶劑溫度導(dǎo)致在固體和液體狀態(tài)之間甚至更小的極化損失。
上述實(shí)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
1.一種用于溶解固體被極化材料的裝置，其特征在于，該裝置包括低溫保持器(2)，其包含用于極化固體材料的裝置(P，3)和用于溶解固體材料的裝置(13，14，15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于溶解固體材料的裝置包括用于溶解放置在所述低溫保持器(2)內(nèi)的被極化的固體材料的裝置(11，13，15，V；33)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于溶解固體材料的裝置包括用于溶解放置在所述低溫保持器外的被極化的固體材料的裝置(16，17，19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該裝置包括用于提取和傳輸所述被極化的材料的裝置(13，14，15，23)，其適于從所述低溫保持器(2)內(nèi)以固體形式傳輸所述被極化的材料到布置在所述低溫保持器(2)外部的用于溶解的被極化材料的單元(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，該裝置包括用于提取和傳輸所述被極化的材料的裝置(11，13，14，15，23，V；33)，其適于從所述低溫保持器內(nèi)在溶液中傳輸所述被極化的材料到布置在所述低溫保持器外部的用于溶解的被極化材料的單元(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述用于提取和傳輸所述被極化的材料的裝置(11，13，16，23，V，HP)適于傳輸溶劑到所述樣本保持容器(9)和從所述樣本保持容器(9)傳輸所述被極化材料和溶劑到所述用于溶解的被極化材料的單元(15)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于99％。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于90％。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于10％。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于溶解的被極化材料的單元(15)設(shè)有激勵(lì)、攪動(dòng)或混合裝置(17，19)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置包括一個(gè)動(dòng)態(tài)核子極化系統(tǒng)。
12.一種用于核磁共振分析的裝置，其特征在于，它包括一個(gè)低溫保持器(2)，其中，所述低溫保持器(2)包括用于極化固體材料的裝置(3)；用于在固體材料仍在所述低溫保持器內(nèi)時(shí)溶解固體材料的裝置；和核磁共振分析線圈(31-31”)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，該裝置設(shè)有連接到微波能源的至少一個(gè)微波腔(3a)，其中，使所述至少一個(gè)微波腔(3a)適于極化樣本。
14.一種用于產(chǎn)生包含溶解的被極化材料的溶液的方法，其特征在于，其包括下述步驟把所述固體材料引入低溫保持器(2)；在所述低溫保持器(2)內(nèi)極化所述材料；以及當(dāng)還在所述低溫保持器(2)內(nèi)時(shí)在溶劑中溶解所述被極化的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于99％。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于90％。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于10％。
18.一種用于產(chǎn)生包含溶解的被極化的材料的溶液的方法，其特征在于，其包括下述步驟把所述固體材料引入低溫保持器(2)；在所述低溫保持器(2)內(nèi)極化所述材料；從在所述低溫保持器(2)內(nèi)的極化磁場(chǎng)迅速傳輸所述被極化的材料到位于所述低溫保持器外的用于溶解的被極化材料的單元(15)中和在所述用于溶解的被極化材料的單元中的溶劑中迅速溶解所述被極化的材料，使得在所述材料的固態(tài)和被溶解狀態(tài)之間的極化損失小于99％。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于90％。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在溶解所述被極化的固體材料期間的極化損失小于10％。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的裝置以極化液體樣本和隨后執(zhí)行對(duì)該樣本的NMR分析的用途。
全文摘要
一種在保持高極化水平的同時(shí)溶解被極化的固體材料的裝置和方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，材料在低溫保持器2中的強(qiáng)磁場(chǎng)中被極化，然后仍在低溫保持器2中時(shí)被帶入溶液。
文檔編號(hào)G01RGK1484768SQ01821743
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)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?duì)柭? 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?duì)柭? 材崴 申請(qǐng)人:安盛藥業(yè)有限公司