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專利名稱：固體試料的核磁共振測定方法
技術領域：
本發明涉及使用接收線圈，激勵在靜磁場中設置的固體試料的核自旋，接收從該激勵的核自旋發出的FID(Free Induction Decay自由感應衰減)信號，通過對此FID信號進行變頻處理，得到IR(InversionRecovery反轉恢復)-NMR(Nuclear Magnetic Resonance核磁共振)頻譜的固體試料的核磁共振測定方法。
背景技術：
近年來，作為固體試料的物理測定手段，使用近紅外分光(NIR)法、粉末X射線衍射法、固體CMR法等。但是，這些測定方法，存在在沒有參照基準時不能進行定量、檢出限界高、信號強度取決于結晶尺寸、不能檢測出非晶質那樣的特定結晶形等問題。
另一方面，作為溶解在溶液中的試料的測定手段廣泛使用質子NMR(PMR)法。
質子的天然存在比高，在與其他元素比較時，檢出靈敏度高，在分析中使用是有利的。
PMR法，是對置于靜磁場中的質子照射RF磁場，將與該RF磁場共振的質子的能量變化作為電信號記錄的方法。
質子核磁共振的原理如下。
原子核具有微小磁體(自旋磁矩)。處于無磁場環境中的質子的自旋磁矩向著隨機方向。當將其置于靜磁場(+Z方向)后，磁矩，相對磁場的軸H0，以很小的傾斜角度，開始拉莫爾進動。其角速度ω0，與磁場強度H0成比例。
ω0＝(γ/2π)H0附帶說一下，γ稱為旋轉磁比率，是核素固有的常數。旋轉的相位零亂，上下以圓錐形狀同樣地分布。
在磁場中，在向上方向的群過剩，這些的合成矢量M向著+Z方向。這些是成為NMR現象的對象的自旋群。
為了得到NMR信號，從X軸照射與進動相同角速度的輻射波。
這樣一來，自旋群吸收輻射波的能量，產生Mx及My的矢量成分。在由y方向的接收線圈檢出其中的My成分時，可得到NMR信號。
在輻射波為脈沖時，稱為90°脈沖或180°脈沖照射。該90°、180°的傾斜角度的值，由自旋從+Z方向傾斜的角度來規定。傾斜角度依脈沖寬度(μsec)和脈沖強度而改變。
由接收線圈檢出的電流稱為FID(Free Induction Decay自由感應衰減)，其強度在照射脈沖中斷時最大，隨時間而衰減。
因為弛豫過程的磁矩M的軌道，是記錄觀察在90°脈沖的照射時在檢出線圈中引起的電流強度的，所以該測定法稱為IR(InversionRecovery反轉恢復)法。
特別常用的是使用(180°-τ-90°)n的脈沖系列進行測定的方法，也應用于化合物的物性研究及醫療領域的MRI中。下面對使用該(180°-τ-90°)n的脈沖系列的IR法予以解說。
常態下的質子自旋的磁矩的方向在Z方向上。所以，這些合成矢量位于+Zo。此處，在照射180°脈沖時，質子自旋的方向反轉180°，朝向-Z0方向。
為了記錄此狀態，在180°脈沖照射結束之后，在τsec后，照射90°脈沖。因為就在照射180°脈沖之后立即，矢量在180°+90°的位置(270°)，NMR信號成為最大的負信號。
在改變τ的值對上述(180°-τ-90°)n的脈沖系列進行多次照射，對τ記錄上述NMR信號的變化時，可以得到以下式所描述的來自一個質子的縱弛豫曲線。
信號強度y＝[1-2exp(-τ/T1)]在該式中，T1是核自旋為-Z0方向，返回初始的+Z0方向的時間，這稱為自旋-晶格弛豫時間或縱向弛豫時間(T1)。
圖7為將該縱弛豫曲線圖形化的圖。
弛豫曲線的值，在0.693T1(sec)后，恢復到零信號強度處，在5T1(sec)后，變成接近飽和狀態。
上述T1的值，因為將固有值給予質子環境，可以使對分子的認識成為可能。比如，上述的TI值，就粉末來說，可以反映分子間距離，用作表示分子結構的差異的信息。
另外，在接收上述NMR信號的過程中，就在結束照射90度脈沖之后立刻，在線圈中感應的電流，隨著橫弛豫的進行而消失。對此進行記錄的是FID信號，是橫軸為時間的時域的波譜信號。FID信號，以exp(-/T2)方式衰減，此T2稱為橫向弛豫時間，因為這也因質子所處的環境而改變，在化學上是重要的信息之一。
通過對此FID信號進行傅里葉變換，可以檢出橫軸為頻域的所謂的NMR波譜。
非專利文獻1Journal of American Chemical Society 121，11554-11557(1999)非專利文獻2Australian Journal of Soil Research 38，665-683(2000)非專利文獻3Solid State Nuclear Magnetic Resonance 15，239-248(2000)非專利文獻4Journal of Chemometrics 13，95-110(1999)發明內容然而，以上所述的IR-NMR法，不適用于固體試料的測定是常識。
在以往的IR-NMR法中，FID信號的波譜信號，受到包含于固體試料中的水分子的質子的影響，其他必需的質子的信號不會清楚地顯現。
這一點，在固體試料中，處于結晶分子的各個部位的質子，具有各自不同的橫向弛豫時間T2。所以，可以認為，是因為在FID信號中，混雜有多個具有橫向弛豫時間T2的信號。
因此，即使是以IR法對此進行研究，只能得到混雜有橫向弛豫時間T2而平均化的FID信號。
因此，本發明的目的在于提供一種在NMR信號的接收線圈中設置單元盒，在該單元盒中插入固體試料，測定IR-NMR波譜時，可以有選擇地測定分子內的特定的質子的固體試料的核磁共振測定方法。
另外，本發明者注意到，在可以只將某一范圍的橫向弛豫時間T2的NMR信號作為FID信號輸入時，可以得到特定部位的質子的信息。
所以，測定的固體試料，即使是在組成相同，結晶結構(包含非晶質)不同的物質(稱為多晶質)的混合物組成的情況下，根據上述質子的信息，可以確定其成分比率等。
于是，本發明的目的在于提供一種可以通過對IR-NMR波譜的分析，得到特定部位的質子的信息，測定在固體試料中存在的多晶質及非晶質成分等的結構成分的存在比的固體試料的核磁共振測定方法。
本發明的固體試料的核磁共振測定方法，是對在磁場中的單元盒中插入的固體試料，施加核自旋激勵用的脈沖，間隔時間τ施加讀取用的脈沖，在FID信號讀取用的脈沖施加結束后，間隔接收延遲時間Dd開始FID信號的累計的方法。
上述激勵用的脈沖多使用180度脈沖，上述讀取用的脈沖多使用90度脈沖。不過，本發明并不限定于180度及90度這樣的數值是不言而喻的。
在質子弛豫時間的測定中使用激勵用-τ-讀取用的脈沖。最初的激勵用的脈沖，使質子的能量狀態成為高能狀態。之后，質子的能量水平降低，NMR信號，從負信號逐漸變化為正信號。最終返回到常態。為了觀測返回到常態的情況，在激勵用脈沖的施加結束后，間隔時間τ照射讀取用脈沖來進行觀測。
在讀取用脈沖的施加結束后，在不間隔接收延遲時間Dd開始FID信號的累計時，存在下面這樣的問題。在來自處于固體試料之中的多個環境中的各質子的FID信號之中，挑選信號強度強的部分，將這些信號混合，取出從處于要測定的環境之中的質子發出的FID信號變得困難。
于是，在本發明中，在經過接收延遲時間Dd之后，開始FID信號的累計。由此，在來自處于固體試料之中的多個環境中的各質子的FID信號之中，在時間上衰減率快的信號，在經過接收延遲時間Dd期間幾乎會消滅，從發自其他質子的FID信號之中選擇取出處于要測定的環境之中的質子發出的FID信號變得容易。
接收延遲時間Dd，設定在1至20μsec范圍內為優選，特別是設定在5至20μsec的范圍內為優選。因為在經過約20μsec時，大部分的質子的FID信號會消滅，所以接收延遲時間Dd比此更長是沒有意義的。
此外，接收延遲時間Dd，設定在10至15μsec的范圍內更為優選。
另外，將試料及用來俘獲在容器中存在的水、從外部浸入的自由水的水分子俘獲機構設置在單元盒內或與其靠近為優選。這是因為由于測定試料中的非晶質成分在很多情況下吸濕度高，所以在水分少的密封系統中的測定為優選之故。減少發自來源于水的質子的FID信號，可以更靈敏地接收發自不是來源于水的質子的FID信號。
如上所述，根據本發明，可以從發自其他質子的FID信號之中選擇取出處于要測定的環境之中的質子發出的FID信號，通過分析此波譜波形，可很容易進行固體試料的多晶質的分析。
另外，本發明固體試料的核磁共振測定方法，是一種改變上述時間τ取得多個FID信號，根據這些多個FID信號算出各個IR-NMR波譜，在上述IR-NMR波譜的某一特定頻率中，通過對時間τ繪出波譜強度得到縱弛豫曲線，通過將該縱弛豫曲線看作是縱向弛豫時間不同的多個縱弛豫曲線的和進行回歸分析，估計上述固體試料的各成分物質的構成成分比的方法。
在本發明中，作為評價各構成成分的運動性的值，通過使用質子的縱向弛豫時間T1，在測定的固體試料由多晶質的混合物構成時，可以確定其成分比率等。
與近紅外分光(NIR)法導出分析非常復雜的主成分不同，本方法的分析對象，是只由縱向弛豫時間T1的值表示的數學曲線，其單純性與NIR法完全不能比較。而且，即使是在完全沒有參照基準的狀態下，也可以求出構成成分比。
由此，就是不需要高價的裝置，也可以以高精度對包含非晶質分子的固體多晶質進行定量。
在本發明中，為了確定固體試料中的構成成分比，對上述縱弛豫曲線，比如，利用非線性最小二乘法進行分析，求出對各成分的強度系數f。構成成分比，以這些強度系數f的比表示。
另外，與上述固體試料中的構成成分比一起，也可以同時求出各構成成分的縱向弛豫時間。
在核磁共振測定方法中觀測的FID信號的磁化波譜的實際的運動是旋轉運動。為了將其變換為頻譜，從觀測方向到第一觀測點的角度(0次相位值、PhC0)和從第一觀測點到第二觀測點的角度(1次相位值，PhC1)是必需的。因此，在本發明中，通過同時調整0次相位和基線，找出正確的0次相位，得到經過相位調整的FID信號。通過對此進行傅里葉變換可以得到正確的頻譜。
有時在得到的頻譜中包含相當多的噪聲。此時，對于上述IR-NMR波譜使用數字平滑濾波器時，可以得到去除噪聲的頻譜。
另外，在測定上述FID信號的階段，即使是預先對時間軸進行平滑處理，對于得到去除噪聲的頻譜是有效的。
另外，在上述IR-NMR波譜的某一特定的頻率中，在通過對時間τ繪出波譜強度而得到縱弛豫曲線的情況下，在代替上述“特定頻率”中的波譜強度，使用特定的頻率區間中的波譜強度的積分值生成縱弛豫曲線時，因為可以得到不受瞬時的噪聲的影響的縱弛豫曲線，可以正確地估計上述固體試料的各成分物質的構成成分比。
本發明的上述的或其他的優點、特征及效果，通過參照附圖對下述的實施方式的說明，變得很清楚。


圖1為實施本發明的固體試料的核磁共振測定方法的測定裝置的系統構成圖。
圖2為示出用于設置固體粉末的試料的試料管21的縱剖圖。
圖3為示出NMR測定容器29的內部結構的示圖。
圖4(a)為示出供給接收線圈7的高頻信號的波形和接收FID信號的波形的圖，圖4(b)為示出觀測到的相位調整前的FID信號的曲線圖。
圖5(a)為接收延遲時間Dd為0時的接收FID信號的頻譜波形，圖5(b)為接收延遲時間Dd＝14μsec時的接收FID信號的頻譜波形。
圖6為示出精氨酸粉末的多晶質分析的縱向弛豫時間的曲線圖。
圖7為示出來源于一個質子的縱向弛豫時間的曲線圖。
附圖標記說明2RF發生器、3脈沖編程器、4RF門、5RF功率放大器、6T/R開關、7接收線圈、8RF-AMP、9IF-AMP、10相位檢波器、11DC-AMP、12低通濾波器、13A/D變換器、14CPU、21試料管、23蓋、24樹脂管、27容器、28電容器、29NMR測定容器、30調諧電路基板、31端子部。
具體實施例方式
圖1為實施本發明的固體試料的核磁共振測定方法的測定裝置的框圖。
NMR測定裝置包括發生一定頻率(比如，300MHz)的連續高頻信號的RF發生器2；發生90°、180°等的調制用的脈沖信號的脈沖編程器3；對RF發生器發生的高頻信號實施脈沖調制的RF門4以及將脈沖調制后的高頻信號放大到數十瓦的RF功率放大器5。
由RF功率放大器5放大的高頻脈沖信號，在發送模式中通過T/R開關6，施加于接收線圈7。施加于接收線圈7的高頻脈沖信號，照射插入到接收線圈7中的試料。
起因于上述高頻脈沖信號的照射，由試料的質子自旋的翻轉在接收線圈7中引起的RF電流，在接收模式中，通過T/R開關6，通過RF-AMP8，IF-AMP9輸入到相位檢波器10。此接收信號是時域的FID信號。
在上述相位檢波器10被進行相位檢波的FID信號，成為可聽頻帶的信號，通過DC-AMP11后，在低通濾波器12中去除RF成分，通過A/D變換器13后，作為時域的數字信號輸入到CPU14，保存到規定的存儲器中。
保持在CPU14的存儲器中的時域的數字信號，在CPU14中進行傅里葉變換之后，成為頻域的所謂的NMR波譜信號。
圖2示出用于設置固體粉末試料的試料管21。試料管21由厚壁的玻璃管22及用于堵塞其入口的樹脂蓋23組成。上述樹脂，比如，可以使用四氟化乙烯樹脂。
在將試料裝入上述試料管21時，在將試料插入到玻璃管22之后，用蓋23塞住玻璃管22的入口。在蓋23中存在使水分通過用的細孔。此細孔與連接后述的脫水劑的樹脂管相連。
圖3為示出NMR測定容器29的內部的示圖。NMR測定容器29充滿空氣及氮氣這樣的氣體，磁場H在測定容器內垂直貫通。
裝入試料后的試料管21，傾斜設置在NMR測定容器29內。在嵌入試料管21的蓋23中插入樹脂管24。
由于在溫度改變時，影響縱向弛豫時間，通過控制使試料管21保持一定溫度為好。另外，必須將要比較的全部試料在同樣溫度下進行測定。
為了測定易受水分影響的試料，在NMR測定容器29的上部設置裝有干燥劑的容器27。試料管21的樹脂管24的前端與裝有此干燥劑的容器27相連接。因此，可以消除測定期間中的水化物的生成，可以得到附著水影響小的數據。另外，也可以不使用干燥劑而將試料管21密封。
試料管21，設置成為試料置于繞制成為螺線管形狀的接收線圈7的中心部。接收線圈7的各個端子，與安裝在容器29中的調諧電路基板30的電容器28及另一端子31相連接。
圖4(a)為示出供給接收線圈7的高頻信號的波形和接收FID信號的波形的圖。
對接收線圈7首先供給180度脈沖信號，由此，試料內的質子的能態成為所謂的高能狀態，磁矩的方向一齊向負方向反轉180度。
之后，停止發送時間τ。能級在此τ秒期間由于縱弛豫而降低。
之后，為了觀測質子返回到常態的情況，照射90度的脈沖。
在照射90度脈沖之后，使測定系統成為接收模式，觀測在接收線圈7中感應出的接收FID信號的波形。
在本發明中，計算機，在進入接收模式后，間隔接收延遲時間Dd，開始接收FID信號的累積。所以，將進入到接收模式之后，一直到經過接收延遲時間Dd為止收集的信號從累積的對象中去掉。接收延遲時間Dd，在測定中固定。
當此接收延遲時間Dd過短時，有時在頻譜中心附近混入噪聲，使弱信號隱藏不見。因此，最好將Dd設定為長的Dd。在設定過長時，信號強度本身變弱，所以應設定為適當的范圍(比如，5～20μsec，優選為10～15μsec)中的值。由此，使波譜強度(信號)和無用信號(噪聲)之比最大。
累積的接收FID信號，在計算機中進行傅里葉變換，成為頻域的NMR信號波形。輸出此NMR信號波形予以記錄。
另外，上述(180°-τ-90°)的脈沖序列，既可以對一個τ只施加一次，也可以重復n次。在前者的情況下，輸入到CPU14的時域的數字信號，原封不動地進行傅里葉變換，而在后者的情況下，輸入到CPU14的時域的數字信號，在進行n平均化之后，進行傅里葉變換。后者的情況需要測定時間，但通過接收FID信號的平均化，可以排除與平均相差懸殊的值這一點為優選。
當上述一次至n次(180°-τ-90°)的脈沖序列的施加結束后，將τ的值改變后的(180°-τ-90°)的脈沖序列再次施加一次至n次。這樣，就可以在一邊使τ的值從0一直到縱向弛豫時間T1的5倍左右為止以小刻度變化，一邊施加(180°-τ-90°)的脈沖序列。
通過以上的過程，可以得到以時間τ為變量的接收FID信號波形。計算機對此接收FID信號波形進行傅里葉變換而得到頻譜波形。
此處，對優選信號處理方法予以敘述。
也可以在對得到的上述FID信號，施加具有適當強度的指數及高斯等窗函數去除噪聲之后，進行傅里葉變換。
通過傅里葉變換得到的頻譜，基線多半有畸變。
觀察到的FID信號，外觀上如圖4(b)所示。這是從一個方向觀察磁化矢量的旋轉運動的情況，實際的運動是旋轉運動。為了將其變換為波譜，從觀測方向到第一觀測點的角度(0次相位值、PhC0)和從第一觀測點到第二觀測點的角度(1次相位值，PhC1)是必需的。通過對此進行傅里葉變換可以得到正確的頻譜。
于是，對FID信號，使用測定條件固有的1次相位值和可以從波譜兩端的強度粗略設定的0次相位值，進行臨時的相位調整。
此處使用的1次相位值可以這樣求得使用利用適當的數字濾波器測定的波譜，在受到及不受折返信號的影響的范圍內調整相位以便不會引起極端的波譜形狀的變化。一旦設定此值，只要測定條件(測取條件)不改變，就可以使用相同值。
與1次相位值不同，0次相位值是每次測定都不同的值。在一連串的測定中，有緩慢且連續地變化的可能性。在此，設對于調整了1次、2次的相位的波譜，進行精確的0次相位調整。
精確的0次相位調整，與求出波譜的畸變的基線的同時進行。在調整了相位的波譜的實數部分為r0，虛數部分為i0，根據現狀應該修正的0次相位值為PhC0時，真正進行了相位調整的波譜的實數部分r可表示為
r＝r0cos(PhC0)-i0sin(PhC0)作為畸變的基線，可以應用被認為是緊接著測取開始之后的信號強度的不正確的原因的sin曲線的基線等。此時的基線basl與頻率x的關系可表示如下basl＝A+Bsin(Cx+D)另外，sin曲線是一個例子，根據情況同樣也可以利用其他的基線函數。
為了使這兩個值(r，basl)在波譜的外側部分上的一致最好，使用最小二乘法求出PhC0，A，B，C，D五個系數。在求得特定的基線圖形為很困難的試料的情況下，也可以將代表性的頻譜的外側看作是基線圖形，進行相位修正使其他的頻譜成為與此相似的相似形。
這樣求出的PhC0的值，由于受到噪聲的影響可以看到變動，從前后的值估計進行修正使其成為連續的變化，從而成為正確的0次相位值。使用此值進行相位修正，得到與各時間τ相對應的頻譜。
在使用為基線用求得的變量的值進行基線修正時，除了存在特定的偶極子相互作用的情況，可以得到可看作是粉末圖形×高斯圖形的頻譜。
然而，由于基線項使用多個變量，容易受到噪聲的影響而產生誤差。另外，因為基線的偏移量與整個信號強度成比例，即使不進行基線修正，在分析縱弛豫曲線時的結果中也看不到變化。
因此，在誤差變大時，不進行基線修正而進入到下一個步驟也無妨。在難以找到特定的基線圖形的試料的情況下，不能進行基線修正，同樣沒有必要進行基線修正。
在相位等受到修正的頻譜中，還有包含相當多的噪聲的情況。此時，對頻譜應用適當的數字平滑濾波器，去除噪聲。作為此處可以使用的數字平滑濾波器，可以舉出FFT及Savitzky-Golay、移動平均等。此處，在使用FFT濾波器時，等于對時間軸波譜(FID信號)進行平滑處理。也可以在得到時間軸波譜的時刻進行平滑處理本身。
得到的接收FID信號的頻譜波形的例子示于圖5(a)、圖5(b)。
圖5(a)、圖5(b)為示出在IR-NMR的接收FID信號的頻譜波形中，在接收延遲時間Dd為0時的頻譜波形和將接收延遲時間Dd設定為14μsec時的頻譜波形的比較的曲線圖。縱軸為波譜強度，橫軸為將水的質子的信號峰(4.5ppm)作為基準的相對頻率(單位ppm)。
圖5(a)的四個波形是接收延遲時間Dd為0時的頻譜波形。
圖5(b)的四個波形是接收延遲時間Dd＝14μsec時的頻譜波形。
圖5(a)及圖5(b)的最左邊的波形示出90度脈沖信號的脈沖寬度PW為2μsec的情況，左邊第2個波形示出90度脈沖信號的脈沖寬度PW為5μsec的情況，左邊第3個波形示出90度脈沖信號的脈沖寬度PW為10μsec的情況，最右邊的波形示出90度脈沖信號的脈沖寬度PW為13μsec的情況。
因為脈沖寬度PW為13μsec的情況，作為使質子自旋旋轉90度的脈沖信號具有最大的功能，以下注目于參考圖5(a)及圖5(b)的最右邊的波形進行說明。
在圖5(a)及圖5(b)的最右邊的波形中，描繪出多個波形，這些表示在施加180度脈沖信號結束以后，一直到施加90度脈沖信號為止的時間τ的差異。在此曲線圖中取時間τ為大致0秒起至70秒止的數十階段。
在圖5(a)中，無論取什么時間τ，水等不需要的質子以外的波譜波形不會顯著出現。就是說，大部分成為0ppm附近的水的質子信號。然而，在圖5(b)中，在水的質子以外的頻率中具有峰的波譜波形在水的質子的NMR波譜的左右出現。
對于在這些的水的質子的NMR波譜的左方及右方分別具有峰的波譜，將橫軸作為τ，縱軸作為波譜強度而生成縱弛豫曲線。有時將此選擇的質子的縱弛豫曲線稱為“選擇縱弛豫曲線”。
上述選擇縱弛豫曲線，成為具有與水的質子的縱弛豫曲線不同的傾斜的曲線，可以與水的質子的縱弛豫曲線區別。
通過記錄此選擇縱弛豫曲線并對其進行回歸分析，可以對固體試料中包含的多種質子進行定量。
此方法，(1)測定的固體試料是不同結晶形的多個成分物質的混合物，(2)假定各個成分物質的質子具有不同的縱向弛豫時間T1。
假定選擇縱弛豫曲線由T1不同的多個縱弛豫曲線的線性和組成，使用回歸曲線進行擬合，可以自動求出構成選擇縱弛豫曲線的多個縱弛豫曲線的T1的值和構成比率。
下面對本發明的回歸分析方法進行更詳細的說明。
對于得到的頻譜的特定的頻率，繪制出與可變等待時間(τ)相對應的信號強度，得到上述的選擇縱弛豫曲線。
此處，作為“特定的頻率”，如上所述，不是在0ppm附近，而是使用維持某種程度的強度，加之受水的信號及其他噪聲的影響小的頻率為優選。
另外，也可以使用特定的頻率范圍的信號強度的積分值來代替特定的頻率的信號強度。此時，這也可以看作是實施了平滑處理。
通過將得到的選擇縱弛豫曲線看作是具有各個T1值的成分的和而進行回歸分析，決定各構成成分的存在比。此時使用的公式如下Σi=1nfi(1-H0ieτT1i)---(1)]]>T1縱向弛豫時間-H0在施加180度脈沖后的初始強度f系數(信號強度比，等于各構成成分的存在比)i表示各構成成分的下標n構成成分的總數其中，H0的理想值為2，由于180度脈沖的不正確度，實際上其值略小。原封不動地進行分析也無妨，但最小二乘法的收斂需要時間。所以，如果令f’＝fH0/2進行改寫時，可得到Σi=1nf′i(1-2eτT1i)+Σi=1nf′i(2H0i-1)---(2)]]>因為其中第2項是與時間τ無關的常數項，可以將其設定為常數C進行計算。
另外，表示時間τ的x軸，如圖6所示，因為使用對數表示合適，在令s＝lnτ進行改寫時，可得到Σi=1nf′i(1-2e-e(s-Si))+C---(3)]]>Si是縱向弛豫時間T1i的對數值。
Si＝lnT1i使用此式，進行最小二乘法優化，可求出各成分的縱向弛豫時間及其系數。本來的系數f和H0的值，可由f’和C求出。實際上，由于H0的值對各成分幾乎沒有差別，大多情況下可以以f’代替f。
在各成分的縱向弛豫時間T1相差足夠大，加之各個成分的存在量也足夠時，即使是只對一個試料進行計算，也可以以某種程度的精度求出各成分的時間τ1值及存在比。
然而，在各成分的縱向弛豫時間T1相似時及特定的成分只存在很少的試料時，誤差變大。為了避免這一點，對于包含共通成分的多個試料，進行非線性最小二乘法分析。這樣一來，就可以提高各成分的時間τ1值的精度，可以高精度地測定存在比。
實施例<實施例1>
使用本發明的IR-NMR法，對在精氨酸粉末中混合有非晶質的定量評價。
利用瓦里安(Varian)公司制造的INOVA300型NMR測定裝置進行測定。試料使用精氨酸。
圖6為示出精氨酸粉末的多晶質分析的縱向弛豫時間的曲線圖。縱軸表示信號強度，橫軸表示在施加180度脈沖結束后一直到施加90度脈沖開始為止的時間τ(對數)。a為將無水精氨酸原粉末在瑪瑙缽中進行粉碎的粉碎品的曲線，b為將粉碎品在精氨酸原粉末中添加70％的試料的曲線，c為將粉碎品在精氨酸原粉末中添加50％的試料的曲線，d為將粉碎品在精氨酸原粉末中添加20％的試料的曲線，e為精氨酸原粉末的曲線。
各曲線是基于這些弛豫時間不同的成分的FID信號的和的曲線。
在這些粉末試料中，加入精氨酸結晶、精氨酸非晶質、骨料等三種。以精氨酸結晶的縱向弛豫時間T1為T1a，以精氨酸非晶質的縱向弛豫時間T1為T1b，以骨料的縱向弛豫時間為T1c。信號強度Gtotal可表示如下Gtotal＝a1GA+b1GB+c1GC＝fa{1-2exp(-τ/T1a)}+fb{1-2exp(-τ/T1b)}+fc{1-2exp(-τ/T1c)}其中的fa、fb、fc為構成成分比率。
在對多個τ進行測定時，上式為多個。因為可以得到以T1a、T1b、T1c、fa、fb、fc為未知數的聯立方程，對此聯立方程求解就可以求出T1a、T1b、T1c、fa、fb、fc。另外，測定點越多，因為可以使用非線性最小二乘法、最優估計法等統計方法，精度提高是自不待言。
基于圖6的曲線使用統計分析求解聯立方程的結果求出的各值為T1a＝28.02秒T1b＝12.01秒T1c＝3.99秒另外，各個構成成分比率，在把精氨酸原粉末用瑪瑙缽粉碎的粉碎品的情況下，fa＝17.80％fb＝64.46％fc＝17.73％在將粉碎品在精氨酸原粉末中添加70％的試料中，fa＝41.01％fb＝46.19％fc＝12.80％在將粉碎品在精氨酸原粉末中添加50％的試料中，
fa＝57.52％fb＝32.42％fc＝10.06％在將粉碎品在精氨酸原粉末中添加20％的試料中，fa＝79.94％fb＝15.82％fc＝10.06％在精氨酸原粉末中，fa＝97.10％fb＝2.55％fc＝0.35％如上所述，根據本發明的固體試料的核磁共振測定方法，即使是同一組成的化合物，對于結晶形式不同的多種混合物，通過分解為多個曲線進行擬合，可以分別求出給予來自各結晶形式的信號的選擇的質子的縱向弛豫時間和構成成分比。
<實施例2>
(1)測定用試料的調制作為試料使用消炎痛。消炎痛為從和光純藥工業試藥生化學用購入。以其為基礎，以下述的7種方法制作試料。
·試料1(MeCN再結晶；MeCN)將消炎痛2g在MeCN(乙腈)(50ml)中在加溫的同時使其溶解。將溶解剩余的結晶濾過去除，將濾液在室溫下靜置。一日后，濾取析出的結晶，在MeCN中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料2(Et2O再結晶；Et2O)將消炎痛1g在Et2O(二乙醚)(50ml)中略微加溫的同時使其溶解。將溶解剩余的結晶濾過去除，將濾液在室溫下靜置。三日后，濾取析出的結晶，在Et2O中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料3(EtOH-水再結晶不熟化；0h)
將消炎痛2g在EtOH(乙醇)(50ml)中略微加溫的同時使其溶解。對此溶液，在攪拌的同時緩慢加水。在結晶開始析出之時，停止加水。立刻析出大量結晶，系統內成為不能攪拌的狀態。此處立刻濾取析出的結晶，在50％EtOH中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料4(EtOH-水再結晶18小時熟化；18h)與試料3一樣使結晶析出。對成為不能攪拌狀態的試料原封不動地在磁性攪拌器繼續攪拌。最初為不能攪拌的狀態，慢慢變化為可攪拌的狀態。在室溫下攪拌18小時后，濾取結晶，在50％EtOH中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料5(0M)將由試料3得到的結晶的一部分利用瑪瑙乳缽粉碎，得到粉碎品。
·試料6(18M)將由試料4得到的結晶的一部分利用瑪瑙乳缽粉碎，得到粉碎品。
·試料7(R)將購入的試藥原封不動地使用。
(2)測定將這7個試料裝入到5mmφNMR管，高度約為25-35mm左右，與作為脫水劑的五氧化二磷(P2O5)共同裝入減壓干燥器中1小時以上使其干燥。在測定前立刻從干燥器中將其取出，立即蓋嚴作為測定用試料使用。
測定是使用布魯克(Bruker)公司制造的DPX-300分光計/5mmφCH雙探測器/SADC+A/D變換器/XWIN-NMR軟件進行的。
在使用裝入CDCl3達到與試料高度相同的另一NMR管，調整墊片之后，將目的試料置于探測器中。在SWEEP OFF、SPIN OFF、LOCK OFF的情況下進行測定。利用溫度控制器調整試料溫度為23℃。使用由布魯克公司以標準方式提供的t1ir脈沖編程器，以以下的參數值進行測定，得到時間軸波譜(FID信號)。
D1(弛豫延遲)90secP1＝pw(90°脈沖)8.45μs
P2＝pl(180°脈沖)16.9μsDE＝Dd(接收延遲時間)16μsDE1(關閉發送線圈后直到打開接收線圈為止的延遲時間)3μsO1(觀測中心頻率)2.54ppmNS(累計次數)8DS(虛掃描)2SW(觀測寬度)497.314ppmDigMod(數字轉化器模式)AnalogParMod(參數模式)2DSI(數據大小)[F2]16384，[F1]64，(F1，F2為二維NMR的觀測軸)TD(測取數據大小)[F2]16384，[F1]45對于以上得到的時間軸波譜，利用以下的參數值進行傅里葉變換(xf2)，對每個時間τ得到頻譜。
WDW(窗函數)EMLB(線增寬因子)300HzPhC0-99.59(波譜兩端的強度成為大致相同的值。每次測定為不同值)PhC1130(DigMod與Digital測定的波譜的相似形的值。永遠為一定值。)該波譜，因為是由與各等待時間(τ)相對應的波譜構成的二維NMR波譜，進行split2D，得到與各等待時間(τ)相對應的一維波譜的實數部分和虛數部分。將這些一維波譜的數據從測定用的計算機復制到數據處理用的計算機。
(3)數據處理復制到數據處理用計算機的一維波譜的實數部分(r0)和虛數部分(i0)，是將Y軸數值從低波數側向高波數側排列而成的。X軸(頻率軸)的數值為251.17ppm～-246.124ppm，特別是由于不需要使用ppm單位計算，以x＝1～16384的整數代用。
以正確的0次相位值調整的頻譜的實數部分(r)，在應該從現狀進行修正的0次相位值為PhC0時，以下式表示r＝r0cos(PhC0)-i0sin(PhC0)另一方面，作為基線，使用由于測取開始后即刻的信號強度的不正確性而產生的sin曲線的基線。此時基線(basl)，對于x，可表示如下basl＝A+Bsin(Cx+D)為使該r和basl在X軸數值1～2048和14336～16384范圍內一致，利用非線性最小二乘法求出系數PhC0，A，B，C，D。在r＝basl的條件下，成為r0cos(PhC0)-i0sin(PhC0)＝A+Bsin(Cx+D)但因為就這樣不能計算，所以改寫為r0＝{r0sin(PhC0)+A+Bsin(Cx+D)}/cos(PhC0)將r0作為應變量，i0，x作為自變量進行計算。
下面示出試料1(MeCN再結晶)的計算結果。



可以看到，PhC0的值，按照測定順序，緩慢且連續的變化的狀態，可以看到受到噪聲影響而變動。特別是，在信號強度變弱的附近變動變大。
對整個PhC0的變化，為了連續變化進行修正而成為PhC0(修正)，使用此值得到0次相位的調整頻譜。
對得到的頻譜，以191points的FFT平滑濾波器對其作用，進行噪聲去除處理。
將頻譜的X軸數值7000(在頻率上與38.72ppm相當)的信號強度相對各等待時間(τ)畫出而得到縱弛豫曲線。
從試料2也可以對試料7的消炎痛試料以與上述相同的方式生成縱弛豫曲線。其結果示于表2A、表2B。



對由表2A、表2B得到的7個試料的縱弛豫曲線，使用下式Σi=1nf′i(1-2e-e(s-Si))+C---(4)]]>同時進行分析。對于消炎痛，發現其構成成分為5種(式中的n＝5)。
構成成分數n，以下述方式確定。算出f’的95％可靠區間值，在f’與95％可靠區間值相同或比其小時，就認為其構成成分不存在。比如，設n＝3，將f’1與95％可靠區間值進行比較。在f’1大于等于95％可靠區間值時，設n＝4，了解f’1、f’2是否都大于等于95％可靠區間值。這樣，在使n增加時，當超過某一n的f’小于95％可靠區間值時，就確定該n為構成成分數。
表3示縱向弛豫時間Si的估計值及標準誤差的計算結果。


表4示出系數fi及常數C的估計值的計算結果。
(估計值)

表5示出系數fi及常數C的標準誤差的計算結果。
(標準誤差)

從以上的結果可以確定消炎痛各構成成分的縱向弛豫時間T1值為10.16s(屬于γ型)4.67s(屬于α型)1.07s(屬于非晶質型)1.57ms(歸屬不明)
0.25ms(歸屬不明)另外，各試料的構成成分比，使用強度系數fi確定，如表6所示。另外，同時求出±95％可靠區間。


(估計值±95％可靠區間)如上所示，可以以高精度確定消炎痛的固體多晶質的構成成分比。另外，與構成成分比一起，也可以同時測定各構成成分的縱向弛豫時間。
<實施例3>
(1)測定用試料的調制作為試料使用甘氨酸。甘氨酸使用和光純藥工業試藥特級品。以其為基礎，以下述的8種方法制作試料。
·試料1(水再結晶；A)將甘氨酸10g在水(40ml)中在稍加溫度的同時使其溶解。將溶液在室溫下靜置。三日后，濾取析出的結晶，在水中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料2(水-醋酸再結晶；C)將甘氨酸15g在水(30ml)-醋酸(3ml)中加熱溶解。將溶液緩慢冷卻至室溫，濾取析出的結晶。在水中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料3(水-EtOH再結晶；B)將甘氨酸10g在水(40ml)中略微加溫的同時使其溶解。對此溶液，在室溫下在攪拌的同時緩慢加入EtOH(20ml)。濾取析出的結晶，在水中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料4(水-EtOH再結晶60℃干燥；B60)將與試料3一樣得到的結晶在60℃以溫風干燥16小時。
·試料5(S)在對試料1進行再結晶操作之際，取出附著于器壁的結晶，在水中洗凈后，在減壓下使其干燥。
·試料6(CM)將由試料2得到的結晶的一部分利用瑪瑙乳缽粉碎，得到粉碎品。
·試料7(RM)將購入的試藥利用瑪瑙乳缽粉碎，得到粉碎品。
·試料8(R)將購入的試藥原封不動地使用。
(2)測定將這8個試料裝入到5mmφNMR管，高度約為25-35mm左右，與作為脫水劑的五氧化二磷(P2O5)共同裝入減壓干燥器中1小時以上使其干燥。在測定前立刻從干燥器中將其取出，立即蓋嚴作為測定用試料使用。
測定是使用布魯克公司制造的DPX-300分光計/5mmφCH雙探測器/SADC+A/D變換器/XWIN-NMR軟件進行。
在使用裝入CDC13達到與試料高度相同的另一NMR管，調整墊片之后，將目的試料置于探測器中。在SWEEP OFF、SPIN OFF、LOCK OFF的情況下進行測定。利用溫度控制器調整試料溫度為23℃。使用由布魯克公司以標準方式提供的t1ir脈沖編程器，以以下的參數值進行測定，得到時間軸波譜(FID信號)。
D1(弛豫延遲)60sP1＝pw(90°脈沖)8.45μsP2＝pl(180°脈沖)16.9μsDE＝Dd(接收延遲時間)16μsDE1(從關閉發送線圈后直到打開接收線圈為止的延遲時間)3μs
O1(觀測中心頻率)2.54ppmNS(累計次數)8DS(虛掃描)2SW(觀測寬度)497.314ppmDigMod(數字轉化器模式)AnalogParMod(參數模式)2DSI(數據大小)[F2]16384，[F1]64TD(測取數據大小)[F2]16384，[F1]45(F1，F2為二維NMR的觀測軸)對于以上得到的時間軸波譜，利用以下的參數值進行傅里葉變換(xf2)，得到頻譜。
WDW(窗函數)EMLB(線增寬因子)300HzPhC0-0.64(波譜兩端的強度成為大致相同的值。每次測定為不同值)PhC1130(DigMod與Digital測定的波譜的相似形的值。永遠為一定值。)該波譜，因為是由與各等待時間(τ)相對應的波譜構成的二維NMR波譜，進行split2D，得到與各等待時間(τ)相對應的一維波譜的實數部分和虛數部分。將這些一維波譜的數據從測定用的計算機復制到數據處理用的計算機。
(3)數據處理使用復制到數據處理用計算機的一維波譜的實數部分(r0)和虛數部分(i0)進行0次相位的調整。
以正確的0次相位值調整的頻譜的實數部分(r)，在應該從現狀進行修正的0次相位值為PhC0時，以下式表示r＝r0cos(PhC0)-i0sin(PhC0)另一方面，作為基線，使用另外測定的甘氨酸的頻譜(b)。
為使此r和b在X軸數值1～2048和14336～16384范圍內一致，利用非線性最小二乘法求出系數PhC0，A，B。
b＝Ar+B＝A{r0cos(PhC0)-i0sin(PhC0)}+B表7A、表7B示出甘氨酸水-醋酸再結晶試料2的計算結果。



與實施例2一樣，對整個PhC0的變化，為了連續變化進行修正而成為PhC0(修正)，使用此值得到0次相位的調整頻譜。
對得到的頻譜，以191points的FFT平滑濾波器對其作用，進行噪聲去除處理。
將頻譜的100ppm的信號強度相對各等待時間(τ)畫出而得到縱弛豫曲線。
從試料2也可以對試料8的消炎痛試料以與上述相同的方式生成縱弛豫曲線。其結果示于表8A、表8B。



對由表2A、表2B得到的8個甘氨酸的縱弛豫曲線，使用下式Σi=1nf′i(1-2e-e(s-Si))+C---(5)]]>進行分析。對于甘氨酸，發現其構成成分為4種(式中的n＝4)。
表9示縱向弛豫時間Si的估計值及標準誤差的計算結果。


表10示出系數fi及常數C的估計值的計算結果。
(估計值)

表11示出系數fi及常數C的標準誤差的計算結果。
(標準誤差)

從以上的結果可以確定甘氨酸各構成成分的縱向弛豫時間T1值為T1＝4.37s(屬于γ型)T1＝0.29s(屬于α型)T1＝1.15ms(歸屬不明)T1＝0.18ms(歸屬不明)另外，各試料的構成成分比，使用強度系數fi確定，如表12所示。另外，同時求出±95％可靠區間。


(估計值±95％可靠區間)
如以上所示，可以以高精度確定甘氨酸的固體多晶質的構成成分比。另外，與構成成分比一起，也可以同時測定各構成成分的縱向弛豫時間。
權利要求
1.一種固體試料的核磁共振測定方法，在通過使激勵用的脈沖流過接收線圈，激勵設置在靜磁場中的固體試料的核自旋，激勵用的脈沖施加結束后，等待經過時間τ施加讀取用的脈沖，接收發自該激勵的核自旋的FID信號，將此FID信號進行變頻處理，得到IR-NMR波譜，所述固體試料的核磁共振測定方法其特征在于在上述讀取用的脈沖施加結束后，經過接收延遲時間Dd后，開始FID信號的處理。
2.如權利要求1所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于上述激勵用的脈沖是180度脈沖，上述讀取用的脈沖是90度脈沖。
3.如權利要求1所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于上述接收延遲時間Dd設定為在5至20μsec的范圍內的值。
4.如權利要求3所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于上述接收延遲時間Dd設定為在10至15μsec的范圍內的值。
5.如權利要求1所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于在測定中，利用水分子俘獲機構俘獲在上述固體試料中及其周圍存在的水。
6.如權利要求1所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于改變時間τ取得多個FID信號，基于這些多個FID信號算出各個IR-NMR波譜，在IR-NMR波譜的某一特定頻率中，通過繪出對時間τ的波譜強度得到縱弛豫曲線，通過將該縱弛豫曲線看作是縱向弛豫時間不同的多個縱弛豫曲線的和進行回歸分析，估計上述固體試料的各成分物質的構成成分比。
7.一種固體試料的核磁共振測定方法，在通過使激勵用的脈沖流過接收線圈，激勵設置在靜磁場中的固體試料的核自旋，激勵用的脈沖施加結束后，等待經過時間τ施加讀取用的脈沖，接收發自該激勵的核自旋的FID信號，將此FID信號進行變頻處理，得到IR-NMR波譜，所述固體試料的核磁共振測定方法的特征在于改變上述時間τ取得多個FID信號，基于這些多個FID信號算出各個IR-NMR波譜，在上述IR-NMR波譜的某一特定頻率中，通過對時間τ繪出波譜強度得到縱弛豫曲線，通過將該縱弛豫曲線看作是縱向弛豫時間不同的多個縱弛豫曲線的和進行回歸分析，估計上述固體試料的各成分物質的構成成分比。
8.如權利要求7所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于上述激勵用的脈沖是180度脈沖，上述讀取用的脈沖是90度脈沖。
9.如權利要求7所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于通過對上述縱弛豫曲線，使用非線性最小二乘法進行分析，求出對各成分的強度系數f，來確定固體試料中的構成成分比。
10.如權利要求9所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于與上述固體試料中的構成成分比一起，同時求出各構成成分的縱向弛豫時間。
11.如權利要求7所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于通過同時調整上述FID信號的0次相位和基線，找出正確的0次相位，得到經過相位調整的FID信號。
12.如權利要求7所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于對于上述IR-NMR波譜使用數字平滑濾波器時，得到去除了噪聲的頻譜。
13.如權利要求7所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于在測定上述FID信號的階段，預先對時間軸進行平滑處理。
14.如權利要求7所述的固體試料的核磁共振測定方法，其特征在于使用特定的頻率區間中的波譜強度的積分值代替特定頻率中的波譜強度，生成上述縱弛豫曲線。
全文摘要
在IR法中，為了觀測核自旋返回常態的情況，在180度脈沖的施加結束后，間隔時間τ照射90度脈沖。在上述90度脈沖的施加結束后，經過接收延遲時間Dd之后開始FID信號的處理。因為在來自處于固體試料之中的多個環境中的各質子的FID信號之中，在時間上衰減率快的信號，在經過接收延遲時間Dd期間幾乎會消滅，從發自其他質子的FID信號之中選擇取出處于要測定的環境之中的質子發出的FID信號變得容易。
文檔編號G01R33/64GK1993629SQ20058002573
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月27日 優先權日2004年7月29日
發明者三浦巖, 三宅將仁 申請人:大塚制藥株式會社