固体ＮＭＲスペクトルの測定方法
【課題】実験条件の設定が容易で、自動的にスペクトル編集が行なえるような固体ＮＭＲスペクトルの解析方法を提供する。
【解決手段】接触時間τを変化させながら測定を繰り返し、13Ｃ-ＮＭＲ信号の変化を、接触時間τを変数軸とする指数関数型曲線で表わし、この曲線を線形フィッティング法、逆ラプラス変換法、または最大エントロピー法によって解析することにより、13Ｃ-ＮＭＲ信号群をＣＨ2基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、ＣＨ基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、およびＣＨ3基または四級炭素由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号に分離して帰属させる。
【解決手段】接触時間τを変化させながら測定を繰り返し、13Ｃ-ＮＭＲ信号の変化を、接触時間τを変数軸とする指数関数型曲線で表わし、この曲線を線形フィッティング法、逆ラプラス変換法、または最大エントロピー法によって解析することにより、13Ｃ-ＮＭＲ信号群をＣＨ2基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、ＣＨ基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、およびＣＨ3基または四級炭素由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号に分離して帰属させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体試料の核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置は、スピン磁気モーメントを有する原子核に静磁場を印加し、該スピン磁気モーメントにラーモアの歳差運動を発生させて、そこに歳差運動と同じ周波数の高周波を照射して共鳴させることにより、該スピン磁気モーメントを有する原子核の信号を検出する分析装置である。
【０００３】
ＮＭＲの測定対象となる試料には、溶液試料と固体試料の２種類がある。そのうち、溶液試料の場合は、きわめてシャープなＮＭＲスペクトルが得られることが多いため、得られた高分解能ＮＭＲスペクトルを武器にして、化学物質の分子構造解析を行なうことが広く普及している。
【０００４】
一方、固体状態の試料のＮＭＲスペクトルには、双極子相互作用のような、溶液中では回転ブラウン運動で消去されている相互作用がそのまま現れるため、スペクトルの線幅が極端に広くなり、化学シフト項が覆い隠されてしまう。そのため、ＮＭＲスペクトルにおいて、測定分子の各部位のシグナルピークが分離できず、結果的に固体ＮＭＲ法は、分子構造解析には不向きであると考えられていた。
【０００５】
この現象を克服し、シャープな固体ＮＭＲスペクトルを得る方法が、１９５８年にＥ．Ｒ．Ａｎｄｒｅｗによって発見された。それは、試料管を静磁場Ｂ0の方向から５４．７°だけ傾けて高速回転させることにより、異方的な相互作用を取り除き、化学シフト項を取り出すことができるという原理であり、ＭＡＳ（Magic Angle Spinning）法と呼ばれるものである。
【０００６】
固体ＮＭＲ測定装置において、試料管の回転軸の角度を調整する機構のブロック図を図１に示す。図中１は、プローブ全体を示している。２は、サンプルを入れる試料管で、この試料管を３のスピナロータに入れ、圧縮空気ないしは窒素ガスのような媒体を用い、試料管２を高速に回転させる。
【０００７】
４は、スピナロータ３のアングルを可変させるための、例えば歯車などの可動機構である。５は、可動機構４に接続され、可動機構４を外部から操作するための、例えばシャフトである。６は、シャフト５に接続され、実際にマジックアングル調整する際に人間がアクセスするつまみである。
【０００８】
静磁場Ｂ0に対してマジックアングル（５４．７°）を軸として試料管を回転させることにより、化学シフトの異方性を消去し、ＮＭＲスペクトルの線幅を狭くすることが可能になるため、マジックアングル調整を行なうことが重要な方法となっている。
【０００９】
一方、ＮＭＲ測定時のパルスシーケンスに工夫を凝らすことにより、固体ＮＭＲスペクトルをより解析しやすいものにしようとする試みも行なわれてきた。以下に挙げる例は、13Ｃ-固体ＮＭＲスペクトルの解析の際に用いられる従来技術である。
〔Dipolar Dephasing〕
通常、13Ｃ-ＮＭＲ信号は、1Ｈ核をデカップリングした環境下で観測される。1Ｈ核のデカップリングにより、13Ｃ核と1Ｈ核の双極子結合が切断され、1Ｈ核による影響を受けずに、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを先鋭化した信号として観測することができる。
【００１０】
1Ｈデカップリングを行なわない場合には、双極子結合のために13ＣのＮＭＲ信号強度は大幅に減衰する。この効果は、1Ｈ核が直接13Ｃ核に化学結合しているＣＨ（メチン基）およびＣＨ2（メチレン基）に対して大きく働く。一方、1Ｈ核が直接13Ｃ核に結合していない四級炭素や、直接結合しているものの、基の回転運動によって双極子相互作用が平均化されて小さくなっているメチル基の場合には、1Ｈ核による信号強度の減衰は少ない。
【００１１】
ダイポーラー・デフェイジング法のパルス・スキームを図２に示す。本法では、まずＣＰ（クロス・ポーラリゼーション）法に基づいて、1Ｈ核なみに大きく分極させた13Ｃ核の磁化が、13Ｃ核に化学結合している1Ｈ核の数に応じて減衰していく速度の違いを利用して、13Ｃ核の固体ＮＭＲスペクトルを種類別に分離する。
【００１２】
ＣＰ法は、固体ＮＭＲの感度向上法として広く用いられている手法である。ＣＰ法により、1Ｈ核の分極を他の核スピンへと移動させることが可能となる。1Ｈ核の大きな分極を分極が小さく感度の低い核スピンへと移動させることにより、高い感度でのＮＭＲ信号の観測が可能となる。
【００１３】
この現象は、熱的に理解することができる。例として、1Ｈ核から13Ｃ核へと分極を移動させることを考える。まず、1Ｈスピンが静磁場にて熱平衡状態になり、分極するまで待つ。これは、スピン系を室温へと冷やすことに相当する。
【００１４】
次に、９０°パルスで横磁化に変換後、1Ｈ磁化をスピンロックする。このとき、1Ｈ核に照射している高周波磁場とほぼ同じ強度の高周波磁場を同時に13Ｃ核に照射すると、1Ｈ核と13Ｃ核が熱的に接触する。13Ｃ核の温度は高いが、1Ｈ核と熱的に接触することにより、1Ｈ核と同じ温度になるまで冷やされる。すなわち、1Ｈ核の分極が13Ｃ核へと移動し、13Ｃ核が強く分極する。
【００１５】
この後、13Ｃ核のＦＩＤ（自由誘導減衰）信号を検出し、フーリエ変換すると、ＮＭＲスペクトルを観測することができる。1Ｈ核の分極を13Ｃ核へと移しているので、13Ｃ核のもともとの分極と比べると、信号強度は最大で４倍程度に大きくなる。また、実験の繰り返し時間は、1Ｈ核が熱平衡状態に戻る時間と設定することができる。この時間は、13Ｃ核が熱平衡状態に戻る時間と比べると、通常は圧倒的に短いので、単位時間当たりの測定回数を増やすことができる。
【００１６】
ダイポーラー・デフェイジング法では、このようなＣＰ法によって13Ｃ核の磁化を1Ｈ核なみに大きく分極させた後、ＣＰパルスを止める。すると、13Ｃ核と化学結合している1Ｈ核の個数に応じて、それまで大きく分極していた13Ｃ核の磁化が急速に減衰していく。この減衰の途中、所定時間τ後に、13Ｃ核に１８０°パルスを照射すると、照射から所定時間τ後に13Ｃ核はＦＩＤを発生する。ＦＩＤの信号取り込み開始と同時に、1Ｈ核をデカップリングするためのＲＦパルスを1Ｈ核に照射すれば、先鋭化した13Ｃ−ＮＭＲスペクトルを得ることができる（非特許文献１）。
【００１７】
尚、１８０°パルスを照射する意図は、ＣＰパルスを止めると、減衰する磁化成分と振動する磁化成分を生じるので、そのうち、振動する磁化成分をリフォーカスして、減衰する成分のみを選択的に取り出すためである。
〔磁化移動時間〕
13Ｃ−ＮＭＲスペクトルは、1Ｈ核から磁化を13Ｃ核へとＣＰにより移動させて信号観測する。このとき、ＣＰにより、1Ｈ核と13Ｃ核のスピン温度は、同じ温度の平衡状態に到達する。この際の磁化移動速度は、13Ｃ核に直接結合している1Ｈ核の個数が多いほど、一般に速くなる。
【００１８】
ただしＣＨ3（メチル基）に関しては例外で、メチル基のすばやい回転運動のため、磁化移動の速度は、四級炭素並みの小さな値となる。すなわち、ＣＨ2基が最も速く、ＣＨ基、ＣＨ3基および四級炭素、の順に遅くなる。
【００１９】
この磁化移動の速度の違いに着目して、スペクトルの編集が行なわれている。1Ｈ核から13Ｃ核へのＣＰの速度の解析、すなわち、図３に示すように、ＣＰ時間を変えて13Ｃ-ＮＭＲ信号強度を測定することによりスペクトル編集が可能であるが、別法として、図４に示すように、いったん1Ｈ核から13Ｃ核へ磁化を移した後、今度は位相を反転させたＣＰパルスを1Ｈ核に印加し続けることにより、再び13Ｃ核から1Ｈ核へ磁化を戻す（polarization inversion）ことができ、これにより13Ｃ核に近接する1Ｈ核の影響のみを取り出すことができ、より精密なスペクトル編集を行なうことが可能になる。
【００２０】
この手法では、13Ｃ核のＮＭＲ信号強度変化から、ピークの由来がＣＨ2基なのか、ＣＨ基なのか、ＣＨ3基および四級炭素なのかを区別できるが、自動的にＣＨ2基のＮＭＲ信号だけを抜き出すといったことはできない（非特許文献２）。
〔熱容量〕
さらに別法として、図５に示すような方法も提案されている（非特許文献３）。すなわち、1Ｈ核から十分な時間をかけて13Ｃ核へとＣＰ法により磁化移動させて、1Ｈ核と13Ｃ核のスピン温度が同じ平衡状態を実現する。
【００２１】
その上で、polarization inversionによって再び13Ｃ核から1Ｈ核へ磁化を戻す。これにより、1Ｈ核のスピン温度がマイナスとなり、平衡状態が崩れて13Ｃ核から1Ｈ核への磁化移動が始まり、新たな平衡状態に到達するまで磁化が移動する。
【００２２】
このとき、polarization inversionの時間を適切に設定すると、途中で擬似的な平衡状態に到達することが知られている。その平衡状態では、ＣＨ基の信号は消え、ＣＨ2基の信号は負の強度を持つ。ＣＨ3基と四級炭素の信号強度は正のままで殆ど変化しない。
【００２３】
擬似的な平衡状態が達成されるまでの時間を適切に設定し、スペクトルを選択的に測定することにより、スペクトル編集を行なう。この手法により、ＣＨ2基の信号のみを含んだ13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを作成することなどができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】M. Alla, E. Lippmaa, Chem. Phys. Lett., 37 (1976) 260.
【非特許文献２】W. Xiaoling, Z. Shanmin, W. Xuewen, J. Magn. Reson., 77 (1988) 343.
【非特許文献３】X. Wu, K. W. Zilm, J. Magn. Reson., 102A (1993) 205.
【非特許文献４】S. W. Provencher, R. H. Vogel, in: P. Deuflhard, E. Hairer (Eds.), Numerical Treatments of Inverse Problems in Differential and Integral Equations, Birkhause: Boston, 1983, pp.304.
【非特許文献５】R. H. Vogel, SPLMOD Users Manual (Ver. 3), Data Analysis Group, EMBL: Heidelberg, Germany, 1988, EMBL-DA09.
【非特許文献６】S. W. Provencher, A constrained regularization method for inverting data represented by linear algebraic or integral equations, Comput. Phys. Commun., 27 (1982) 213.
【非特許文献７】S. W. Provencher, A general purpose constrained regularization program for inverting noisy linear algebraic and integral equations, Comput. Phys. Commun., 27 (1982) 229.
【非特許文献８】S. W. Provencher, CONTIN Users Manual (Ver. 2), Data Analysis Group, EMBL: Heidelberg, Germany, 1984, EMBL-DA07.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
〔Dipolar Dephasing〕
この方法は、実験が容易なため、広く用いられているが、ＣＨ基の13Ｃ-ＮＭＲ信号をＣＨ2基の13Ｃ-ＮＭＲ信号から区別できないという問題があった。
【００２６】
〔磁化移動時間〕
磁化移動時間の違いに着目したスペクトル編集技術は、単純で実行しやすいが、磁化移動時間の差を人の手によって仕分ける必要があり、自動的にＣＨ基の13Ｃ-ＮＭＲ信号だけをＣＨ2基の13Ｃ-ＮＭＲ信号から分けて取り出すことができないという問題があった。
【００２７】
〔熱容量〕
熱容量に注目した実験では、適切にpolarization inversionの時間を設定することにより、安定した結果が得られる。また、自動的にＣＨ基の13Ｃ-ＮＭＲ信号のみを取り出すことも容易に行なえる。しかしながら、polarization inversionの最適値は試料によって異なり、その設定は容易ではないという問題があった。
【００２８】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、実験条件の設定が容易で、自動的にスペクトル編集が行なえるような固体ＮＭＲスペクトルの解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
この目的を達成するため、本発明にかかる固体ＮＭＲスペクトルの測定方法は、
固体試料を静磁場に対しマジック角傾斜させて高速回転させつつ固体ＮＭＲスペクトルを取得するＮＭＲ測定方法であって、
(１)1Ｈ核に対する９０°パルス照射−分極移動の接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる1Ｈ核デカップリング用高周波の照射と、13Ｃ核に対する前記接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる13Ｃ核ＦＩＤ信号の検出から成るパルスシーケンスを用い、
前記τをｎ段階に変化させながら各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ核ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得る工程、
(２)得られた集合データＳ(τ，ω)に対して、τ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る工程
から成ることを特徴としている。
【００３０】
また、前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を反転させるパルスシーケンスを用い、この位相反転の期間を変えることによりτを変化させることを特徴としている。
【００３１】
また、前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を一旦反転させ更に位相を戻すと共に、該位相を戻した期間に合わせて13Ｃ核に対する前記分極移動用高周波の位相も反転させるパルスシーケンスを用い、この1Ｈ核に対する位相反転及び戻しの期間を変えることによりτを変化させることを特徴としている。
【００３２】
また、更に、
(３)前記集合データＳ(ｖ，ω)に基づき、磁化移動速度ｖが高い順にＣＨ2基由来のピーク、ＣＨ基由来のピーク、ＣＨ3基及び四級炭素由来のピークであるかを判定する工程を含むことを特徴としている。
【００３３】
また、前記曲線解析処理は、線形フィッティング法、逆ラプラス変換法、最大エントロピー法のいずれかに基づいて行われることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の固体ＮＭＲスペクトルの測定方法によれば、
固体試料を静磁場に対しマジック角傾斜させて高速回転させつつ固体ＮＭＲスペクトルを取得するＮＭＲ測定方法であって、
(１)1Ｈ核に対する９０°パルス照射−分極移動の接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる1Ｈ核デカップリング用高周波の照射と、13Ｃ核に対する前記接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる13Ｃ核ＦＩＤ信号の検出から成るパルスシーケンスを用い、
前記τをｎ段階に変化させながら各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ核ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得る工程、
(２)得られた集合データＳ(τ，ω)に対して、τ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る工程
から成ることを特徴としているので、
実験条件の設定が容易で、自動的にスペクトル編集が行なえるような固体ＮＭＲスペクトルの解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】固体ＮＭＲスペクトルの測定方法を示す図である。
【図２】ダイポーラー・デフェイジング法の模式図である。
【図３】クロス・ポーラリゼーション法の模式図である。
【図４】ポーラリゼーション・インバージョン法の模式図である。
【図５】ポーラリゼーション・インバージョン法の模式図である。
【図６】本発明にかかる第１の実施例である。
【図７】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を３次元表示した図である。
【図８】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を磁化移動速度で分けた図である。
【図９】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を分離し帰属させた例である。
【図１０】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を分離し帰属させた例である。
【図１１】本発明にかかる第２の実施例である。
【図１２】本発明にかかる第３の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３７】
本実施例を図６に示す。本実施例は、上記の従来技術を発展させ、自動的にスペクトル編集することを可能にし、かつ実験条件の設定が容易な固体ＮＭＲの測定解析法である。もととなる測定法は従来技術と同じものであるが、解析に曲線解析を用いることにより、自動化が可能になる。
【００３８】
本実施例は、基本的に固体試料を静磁場軸に対しマジック角だけ傾斜させて高速回転させ、固体ＮＭＲスペクトルを取得する際に用いられるスペクトルの測定方法であって、
（１）試料中の1Ｈ核の分極を横磁化に変換するため９０°パルスを照射する工程、
（２）９０°パルスにより発生させた1Ｈ核の横磁化を、高周波パルスを印加し続けることによりスピンロックし、同時に13Ｃ核に対してもほぼ同等の強度を持った高周波パルスを接触時間τだけ照射するクロス・ポーラリゼーション（ＣＰ）法により、1Ｈ核から13Ｃ核に磁化を移す工程、
（３）ＣＰパルス照射直後に生成する13Ｃ核のＦＩＤを、1Ｈ核をデカップリングしながら測定し、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルにフーリエ変換する工程、
（４）接触時間τを変化させながら測定を繰り返し、13Ｃ-ＮＭＲ信号の変化を、接触時間τを変数軸とする指数関数型曲線で表わし、この曲線を線形フィッティング法、または逆ラプラス変換法によって解析する工程、
（５）13Ｃ-ＮＭＲ信号群をＣＨ2基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、ＣＨ基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、およびＣＨ3基または四級炭素由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号に分離して帰属させる工程、
の５つの工程から成る。
【００３９】
そして、本実施例では、（１）から（５）までの工程を、コンピュータを使って網羅的に行なわせる。すなわち、接触時間τをｎ段階に変化させながら、各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ-ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得、得られた集合データＳ(τ，ω)に対してτ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る。これは、ある種の２次元ＮＭＲ法と言える。
【００４０】
曲線解析には、ＮＮＬＳ（non-negative least square fitting）法といった線形フィッティング法や、ＳＰＬＭＯＤ法、ＣＯＮＴＩＮ法といった逆ラプラス変換法（非特許文献４〜８）、最大エントロピー法（ＭＥＭ）などを用いる。
【００４１】
ＣＰ法の結果、13Ｃ-ＮＭＲの信号強度が接触時間τに応じてしだいに増加していく様子を、観測される13Ｃ-ＮＭＲスペクトルのセットに対し、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの化学シフト軸と接触時間τの軸とを交差させた２次元スペクトルで表わし、接触時間τを変数軸にしてＮＭＲ信号強度変化を指数関数型の増加曲線で表現したときの曲線の波形解析を、これらの解析方法にあてはめて実行する。
【００４２】
その結果、1Ｈ核から13Ｃ核への磁化移動の時定数の位置にピークが現れる。最も磁化移動の速いものがＣＨ2基であり、次にＣＨ基、さらに四級炭素とＣＨ3基が続き、都合３つのグループにグループ分けすることができ、これによりスペクトル編集が可能になる。
【００４３】
図７は、接触時間τを変数軸として、ＮＭＲ信号強度変化を指数関数型の増加曲線が分かるように３次元表現した一例である。この増加曲線をＳＰＬＭＯＤ法によって処理すると、図８に結果を示すように、13Ｃ-ＮＭＲ信号がそれぞれの磁化移動速度ｖの違いを反映した位置に、シングルピークとして分離される。この位置の違いが13Ｃ核に化学結合している1Ｈ核の個数の違いに基づくものであることは、次に示す例から明らかである。
【００４４】
サンプルにコール酸を用いて同様の信号分離を実行した例を図９と図１０に示す。曲線解析にはＳＰＬＭＯＤ法を用いた。図９の縦軸は磁化移動速度ｖ、横軸は13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの化学シフト値である。図９から、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルは、1Ｈ核から13Ｃ核への磁化移動の速度に従って、３つのグループに分類されていることが分かる。
【００４５】
最も速度が速いグループは一番下に現れているＣＨ2基のグループ、次が下から２番目の位置に現れているＣＨ基のグループ、最も速度が遅いグループが一番上に現れているＣＨ3基および四級炭素のグループである。このように、本実施例を適用すれば、13Ｃ-ＮＭＲ信号ピークは、３つのグループに整然と分類できる。
【００４６】
図９のスペクトルのスライスを図１０に示す。一番上のスペクトルは、通常のＣＰＭＡＳスペクトルである。ピークがたくさん現れており、どのピークがＣＨ2基なのか、ＣＨ基なのか、ＣＨ3基なのか分からない。
【００４７】
上から２番目のスペクトルは、磁化移動速度が最も速いグループを選んで取り出したものである。これは、ＣＨ2基に由来するピーク群であり、ＣＨ2基のみの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとなる。
【００４８】
上から３番目のスペクトルは、磁化移動速度が２番目に速いグループを選んで取り出したものである。これは、ＣＨ基に由来するピーク群であり、ＣＨ基のみの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとなる。
【００４９】
１番下のスペクトルは、磁化移動速度が最も遅いグループを選んで取り出したものである。これは、ＣＨ3基および四級炭素に由来するピーク群であり、ＣＨ3基および四級炭素のみの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとなる。
【００５０】
このように、自動的に容易にスペクトル編集が可能となる。
【実施例２】
【００５１】
図１１に本実施例を示す。本実施例は、基本的に固体試料を静磁場軸に対しマジック角だけ傾斜させて高速回転させ、固体ＮＭＲスペクトルを取得する際に用いられるスペクトルの測定方法であって、
（１）試料中の1Ｈ核の分極を横磁化に変換するため９０°パルスを照射する工程、
（２）９０°パルスにより発生した1Ｈ核の横磁化を、高周波パルスを印加し続けることによりスピンロックし、同時に13Ｃ核に対してもほぼ同等の強度を持った高周波パルスを照射するクロス・ポーラリゼーション（ＣＰ）法により、磁化を1Ｈ核から13Ｃ核に移した後、位相を反転させた1Ｈ用スピンロックパルスを、位相を反転させない13Ｃ用ＣＰパルスと同時に、更に時間τだけ照射することにより、13Ｃ核に移されていた磁化を13Ｃ核から1Ｈ核に戻す（polarization inversion）工程、
（３）ＣＰパルス照射直後に生成する13Ｃ核のＦＩＤを、1Ｈ核をデカップリングしながら測定し、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルにフーリエ変換する工程、
（４）時間τを変化させながら測定を繰り返し、13Ｃ-ＮＭＲ信号の変化を、時間τを変数軸とする指数関数型曲線で表わし、この曲線を線形フィッティング法、または逆ラプラス変換法によって解析する工程、
（５）13Ｃ-ＮＭＲ信号群をＣＨ2基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、ＣＨ基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、およびＣＨ3基または四級炭素由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号に分離して帰属させる工程、
の５つの工程から成る。
【００５２】
そして、本実施例では、（１）から（５）までの工程を、コンピュータを使って網羅的に行なわせる。すなわち、位相反転時間τをｎ段階に変化させながら、各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ-ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得、得られた集合データＳ(τ，ω)に対してτ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る。これは、ある種の２次元ＮＭＲ法と言える。
【００５３】
解析は、実施例１で述べた方法と全く同じ方法で行なう。すなわち、ＣＰの位相反転法によって13Ｃ-ＮＭＲの信号強度がしだいに減少していく様子を、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの化学シフト軸とＣＰの位相反転時間τの軸とを交差させた２次元スペクトルで表わし、ＣＰの位相反転時間τを変数軸にしてＮＭＲ信号強度変化を指数関数型の減少曲線で表現したときの曲線の波形解析を実行する。
【００５４】
波形解析にＮＮＬＳ（non-negative least square fitting）法といった線形フィッティング法や、ＳＰＬＭＯＤ法、ＣＯＮＴＩＮ法といった逆ラプラス変換法（非特許文献４〜８）、最大エントロピー法（ＭＥＭ）などを用いることにより、1Ｈ核から13Ｃ核への磁化移動の時定数の位置にピークが現れる。
【００５５】
最も速いものがＣＨ2基であり、次にＣＨ基、さらに四級炭素とＣＨ3基とグループ分けすることにより、スペクトル編集が可能となる。
【実施例３】
【００５６】
図１２に本実施例を示す。本実施例は、位相反転の回数を実施例２の場合よりも増やしたものである。すなわち、実施例２で説明したように、1Ｈ核用スピンロックパルスを位相反転させて、13Ｃ核から1Ｈ核に向けてpolarization inversionを行なった後、今度は、更にもう１度、1Ｈ核用スピンロックパルスと13Ｃ核用ＣＰパルスをともに位相反転させて、合わせて総時間がτとなるように、1Ｈ核から13Ｃ核に向けてpolarization inversionを行なうことを特徴とする。
【００５７】
これにより、実験条件のずれに対する許容度が上がる。本実施例で得られたデータに対しても、実施例１と実施例２で述べた方法と全く同じ方法でデータ解析を行なう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
固体ＮＭＲのスペクトル測定に広く利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体試料の核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置は、スピン磁気モーメントを有する原子核に静磁場を印加し、該スピン磁気モーメントにラーモアの歳差運動を発生させて、そこに歳差運動と同じ周波数の高周波を照射して共鳴させることにより、該スピン磁気モーメントを有する原子核の信号を検出する分析装置である。
【０００３】
ＮＭＲの測定対象となる試料には、溶液試料と固体試料の２種類がある。そのうち、溶液試料の場合は、きわめてシャープなＮＭＲスペクトルが得られることが多いため、得られた高分解能ＮＭＲスペクトルを武器にして、化学物質の分子構造解析を行なうことが広く普及している。
【０００４】
一方、固体状態の試料のＮＭＲスペクトルには、双極子相互作用のような、溶液中では回転ブラウン運動で消去されている相互作用がそのまま現れるため、スペクトルの線幅が極端に広くなり、化学シフト項が覆い隠されてしまう。そのため、ＮＭＲスペクトルにおいて、測定分子の各部位のシグナルピークが分離できず、結果的に固体ＮＭＲ法は、分子構造解析には不向きであると考えられていた。
【０００５】
この現象を克服し、シャープな固体ＮＭＲスペクトルを得る方法が、１９５８年にＥ．Ｒ．Ａｎｄｒｅｗによって発見された。それは、試料管を静磁場Ｂ0の方向から５４．７°だけ傾けて高速回転させることにより、異方的な相互作用を取り除き、化学シフト項を取り出すことができるという原理であり、ＭＡＳ（Magic Angle Spinning）法と呼ばれるものである。
【０００６】
固体ＮＭＲ測定装置において、試料管の回転軸の角度を調整する機構のブロック図を図１に示す。図中１は、プローブ全体を示している。２は、サンプルを入れる試料管で、この試料管を３のスピナロータに入れ、圧縮空気ないしは窒素ガスのような媒体を用い、試料管２を高速に回転させる。
【０００７】
４は、スピナロータ３のアングルを可変させるための、例えば歯車などの可動機構である。５は、可動機構４に接続され、可動機構４を外部から操作するための、例えばシャフトである。６は、シャフト５に接続され、実際にマジックアングル調整する際に人間がアクセスするつまみである。
【０００８】
静磁場Ｂ0に対してマジックアングル（５４．７°）を軸として試料管を回転させることにより、化学シフトの異方性を消去し、ＮＭＲスペクトルの線幅を狭くすることが可能になるため、マジックアングル調整を行なうことが重要な方法となっている。
【０００９】
一方、ＮＭＲ測定時のパルスシーケンスに工夫を凝らすことにより、固体ＮＭＲスペクトルをより解析しやすいものにしようとする試みも行なわれてきた。以下に挙げる例は、13Ｃ-固体ＮＭＲスペクトルの解析の際に用いられる従来技術である。
〔Dipolar Dephasing〕
通常、13Ｃ-ＮＭＲ信号は、1Ｈ核をデカップリングした環境下で観測される。1Ｈ核のデカップリングにより、13Ｃ核と1Ｈ核の双極子結合が切断され、1Ｈ核による影響を受けずに、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを先鋭化した信号として観測することができる。
【００１０】
1Ｈデカップリングを行なわない場合には、双極子結合のために13ＣのＮＭＲ信号強度は大幅に減衰する。この効果は、1Ｈ核が直接13Ｃ核に化学結合しているＣＨ（メチン基）およびＣＨ2（メチレン基）に対して大きく働く。一方、1Ｈ核が直接13Ｃ核に結合していない四級炭素や、直接結合しているものの、基の回転運動によって双極子相互作用が平均化されて小さくなっているメチル基の場合には、1Ｈ核による信号強度の減衰は少ない。
【００１１】
ダイポーラー・デフェイジング法のパルス・スキームを図２に示す。本法では、まずＣＰ（クロス・ポーラリゼーション）法に基づいて、1Ｈ核なみに大きく分極させた13Ｃ核の磁化が、13Ｃ核に化学結合している1Ｈ核の数に応じて減衰していく速度の違いを利用して、13Ｃ核の固体ＮＭＲスペクトルを種類別に分離する。
【００１２】
ＣＰ法は、固体ＮＭＲの感度向上法として広く用いられている手法である。ＣＰ法により、1Ｈ核の分極を他の核スピンへと移動させることが可能となる。1Ｈ核の大きな分極を分極が小さく感度の低い核スピンへと移動させることにより、高い感度でのＮＭＲ信号の観測が可能となる。
【００１３】
この現象は、熱的に理解することができる。例として、1Ｈ核から13Ｃ核へと分極を移動させることを考える。まず、1Ｈスピンが静磁場にて熱平衡状態になり、分極するまで待つ。これは、スピン系を室温へと冷やすことに相当する。
【００１４】
次に、９０°パルスで横磁化に変換後、1Ｈ磁化をスピンロックする。このとき、1Ｈ核に照射している高周波磁場とほぼ同じ強度の高周波磁場を同時に13Ｃ核に照射すると、1Ｈ核と13Ｃ核が熱的に接触する。13Ｃ核の温度は高いが、1Ｈ核と熱的に接触することにより、1Ｈ核と同じ温度になるまで冷やされる。すなわち、1Ｈ核の分極が13Ｃ核へと移動し、13Ｃ核が強く分極する。
【００１５】
この後、13Ｃ核のＦＩＤ（自由誘導減衰）信号を検出し、フーリエ変換すると、ＮＭＲスペクトルを観測することができる。1Ｈ核の分極を13Ｃ核へと移しているので、13Ｃ核のもともとの分極と比べると、信号強度は最大で４倍程度に大きくなる。また、実験の繰り返し時間は、1Ｈ核が熱平衡状態に戻る時間と設定することができる。この時間は、13Ｃ核が熱平衡状態に戻る時間と比べると、通常は圧倒的に短いので、単位時間当たりの測定回数を増やすことができる。
【００１６】
ダイポーラー・デフェイジング法では、このようなＣＰ法によって13Ｃ核の磁化を1Ｈ核なみに大きく分極させた後、ＣＰパルスを止める。すると、13Ｃ核と化学結合している1Ｈ核の個数に応じて、それまで大きく分極していた13Ｃ核の磁化が急速に減衰していく。この減衰の途中、所定時間τ後に、13Ｃ核に１８０°パルスを照射すると、照射から所定時間τ後に13Ｃ核はＦＩＤを発生する。ＦＩＤの信号取り込み開始と同時に、1Ｈ核をデカップリングするためのＲＦパルスを1Ｈ核に照射すれば、先鋭化した13Ｃ−ＮＭＲスペクトルを得ることができる（非特許文献１）。
【００１７】
尚、１８０°パルスを照射する意図は、ＣＰパルスを止めると、減衰する磁化成分と振動する磁化成分を生じるので、そのうち、振動する磁化成分をリフォーカスして、減衰する成分のみを選択的に取り出すためである。
〔磁化移動時間〕
13Ｃ−ＮＭＲスペクトルは、1Ｈ核から磁化を13Ｃ核へとＣＰにより移動させて信号観測する。このとき、ＣＰにより、1Ｈ核と13Ｃ核のスピン温度は、同じ温度の平衡状態に到達する。この際の磁化移動速度は、13Ｃ核に直接結合している1Ｈ核の個数が多いほど、一般に速くなる。
【００１８】
ただしＣＨ3（メチル基）に関しては例外で、メチル基のすばやい回転運動のため、磁化移動の速度は、四級炭素並みの小さな値となる。すなわち、ＣＨ2基が最も速く、ＣＨ基、ＣＨ3基および四級炭素、の順に遅くなる。
【００１９】
この磁化移動の速度の違いに着目して、スペクトルの編集が行なわれている。1Ｈ核から13Ｃ核へのＣＰの速度の解析、すなわち、図３に示すように、ＣＰ時間を変えて13Ｃ-ＮＭＲ信号強度を測定することによりスペクトル編集が可能であるが、別法として、図４に示すように、いったん1Ｈ核から13Ｃ核へ磁化を移した後、今度は位相を反転させたＣＰパルスを1Ｈ核に印加し続けることにより、再び13Ｃ核から1Ｈ核へ磁化を戻す（polarization inversion）ことができ、これにより13Ｃ核に近接する1Ｈ核の影響のみを取り出すことができ、より精密なスペクトル編集を行なうことが可能になる。
【００２０】
この手法では、13Ｃ核のＮＭＲ信号強度変化から、ピークの由来がＣＨ2基なのか、ＣＨ基なのか、ＣＨ3基および四級炭素なのかを区別できるが、自動的にＣＨ2基のＮＭＲ信号だけを抜き出すといったことはできない（非特許文献２）。
〔熱容量〕
さらに別法として、図５に示すような方法も提案されている（非特許文献３）。すなわち、1Ｈ核から十分な時間をかけて13Ｃ核へとＣＰ法により磁化移動させて、1Ｈ核と13Ｃ核のスピン温度が同じ平衡状態を実現する。
【００２１】
その上で、polarization inversionによって再び13Ｃ核から1Ｈ核へ磁化を戻す。これにより、1Ｈ核のスピン温度がマイナスとなり、平衡状態が崩れて13Ｃ核から1Ｈ核への磁化移動が始まり、新たな平衡状態に到達するまで磁化が移動する。
【００２２】
このとき、polarization inversionの時間を適切に設定すると、途中で擬似的な平衡状態に到達することが知られている。その平衡状態では、ＣＨ基の信号は消え、ＣＨ2基の信号は負の強度を持つ。ＣＨ3基と四級炭素の信号強度は正のままで殆ど変化しない。
【００２３】
擬似的な平衡状態が達成されるまでの時間を適切に設定し、スペクトルを選択的に測定することにより、スペクトル編集を行なう。この手法により、ＣＨ2基の信号のみを含んだ13Ｃ-ＮＭＲスペクトルを作成することなどができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】M. Alla, E. Lippmaa, Chem. Phys. Lett., 37 (1976) 260.
【非特許文献２】W. Xiaoling, Z. Shanmin, W. Xuewen, J. Magn. Reson., 77 (1988) 343.
【非特許文献３】X. Wu, K. W. Zilm, J. Magn. Reson., 102A (1993) 205.
【非特許文献４】S. W. Provencher, R. H. Vogel, in: P. Deuflhard, E. Hairer (Eds.), Numerical Treatments of Inverse Problems in Differential and Integral Equations, Birkhause: Boston, 1983, pp.304.
【非特許文献５】R. H. Vogel, SPLMOD Users Manual (Ver. 3), Data Analysis Group, EMBL: Heidelberg, Germany, 1988, EMBL-DA09.
【非特許文献６】S. W. Provencher, A constrained regularization method for inverting data represented by linear algebraic or integral equations, Comput. Phys. Commun., 27 (1982) 213.
【非特許文献７】S. W. Provencher, A general purpose constrained regularization program for inverting noisy linear algebraic and integral equations, Comput. Phys. Commun., 27 (1982) 229.
【非特許文献８】S. W. Provencher, CONTIN Users Manual (Ver. 2), Data Analysis Group, EMBL: Heidelberg, Germany, 1984, EMBL-DA07.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
〔Dipolar Dephasing〕
この方法は、実験が容易なため、広く用いられているが、ＣＨ基の13Ｃ-ＮＭＲ信号をＣＨ2基の13Ｃ-ＮＭＲ信号から区別できないという問題があった。
【００２６】
〔磁化移動時間〕
磁化移動時間の違いに着目したスペクトル編集技術は、単純で実行しやすいが、磁化移動時間の差を人の手によって仕分ける必要があり、自動的にＣＨ基の13Ｃ-ＮＭＲ信号だけをＣＨ2基の13Ｃ-ＮＭＲ信号から分けて取り出すことができないという問題があった。
【００２７】
〔熱容量〕
熱容量に注目した実験では、適切にpolarization inversionの時間を設定することにより、安定した結果が得られる。また、自動的にＣＨ基の13Ｃ-ＮＭＲ信号のみを取り出すことも容易に行なえる。しかしながら、polarization inversionの最適値は試料によって異なり、その設定は容易ではないという問題があった。
【００２８】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、実験条件の設定が容易で、自動的にスペクトル編集が行なえるような固体ＮＭＲスペクトルの解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
この目的を達成するため、本発明にかかる固体ＮＭＲスペクトルの測定方法は、
固体試料を静磁場に対しマジック角傾斜させて高速回転させつつ固体ＮＭＲスペクトルを取得するＮＭＲ測定方法であって、
(１)1Ｈ核に対する９０°パルス照射−分極移動の接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる1Ｈ核デカップリング用高周波の照射と、13Ｃ核に対する前記接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる13Ｃ核ＦＩＤ信号の検出から成るパルスシーケンスを用い、
前記τをｎ段階に変化させながら各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ核ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得る工程、
(２)得られた集合データＳ(τ，ω)に対して、τ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る工程
から成ることを特徴としている。
【００３０】
また、前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を反転させるパルスシーケンスを用い、この位相反転の期間を変えることによりτを変化させることを特徴としている。
【００３１】
また、前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を一旦反転させ更に位相を戻すと共に、該位相を戻した期間に合わせて13Ｃ核に対する前記分極移動用高周波の位相も反転させるパルスシーケンスを用い、この1Ｈ核に対する位相反転及び戻しの期間を変えることによりτを変化させることを特徴としている。
【００３２】
また、更に、
(３)前記集合データＳ(ｖ，ω)に基づき、磁化移動速度ｖが高い順にＣＨ2基由来のピーク、ＣＨ基由来のピーク、ＣＨ3基及び四級炭素由来のピークであるかを判定する工程を含むことを特徴としている。
【００３３】
また、前記曲線解析処理は、線形フィッティング法、逆ラプラス変換法、最大エントロピー法のいずれかに基づいて行われることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の固体ＮＭＲスペクトルの測定方法によれば、
固体試料を静磁場に対しマジック角傾斜させて高速回転させつつ固体ＮＭＲスペクトルを取得するＮＭＲ測定方法であって、
(１)1Ｈ核に対する９０°パルス照射−分極移動の接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる1Ｈ核デカップリング用高周波の照射と、13Ｃ核に対する前記接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる13Ｃ核ＦＩＤ信号の検出から成るパルスシーケンスを用い、
前記τをｎ段階に変化させながら各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ核ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得る工程、
(２)得られた集合データＳ(τ，ω)に対して、τ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る工程
から成ることを特徴としているので、
実験条件の設定が容易で、自動的にスペクトル編集が行なえるような固体ＮＭＲスペクトルの解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】固体ＮＭＲスペクトルの測定方法を示す図である。
【図２】ダイポーラー・デフェイジング法の模式図である。
【図３】クロス・ポーラリゼーション法の模式図である。
【図４】ポーラリゼーション・インバージョン法の模式図である。
【図５】ポーラリゼーション・インバージョン法の模式図である。
【図６】本発明にかかる第１の実施例である。
【図７】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を３次元表示した図である。
【図８】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を磁化移動速度で分けた図である。
【図９】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を分離し帰属させた例である。
【図１０】本発明に基づいて13Ｃ-ＮＭＲ信号を分離し帰属させた例である。
【図１１】本発明にかかる第２の実施例である。
【図１２】本発明にかかる第３の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３７】
本実施例を図６に示す。本実施例は、上記の従来技術を発展させ、自動的にスペクトル編集することを可能にし、かつ実験条件の設定が容易な固体ＮＭＲの測定解析法である。もととなる測定法は従来技術と同じものであるが、解析に曲線解析を用いることにより、自動化が可能になる。
【００３８】
本実施例は、基本的に固体試料を静磁場軸に対しマジック角だけ傾斜させて高速回転させ、固体ＮＭＲスペクトルを取得する際に用いられるスペクトルの測定方法であって、
（１）試料中の1Ｈ核の分極を横磁化に変換するため９０°パルスを照射する工程、
（２）９０°パルスにより発生させた1Ｈ核の横磁化を、高周波パルスを印加し続けることによりスピンロックし、同時に13Ｃ核に対してもほぼ同等の強度を持った高周波パルスを接触時間τだけ照射するクロス・ポーラリゼーション（ＣＰ）法により、1Ｈ核から13Ｃ核に磁化を移す工程、
（３）ＣＰパルス照射直後に生成する13Ｃ核のＦＩＤを、1Ｈ核をデカップリングしながら測定し、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルにフーリエ変換する工程、
（４）接触時間τを変化させながら測定を繰り返し、13Ｃ-ＮＭＲ信号の変化を、接触時間τを変数軸とする指数関数型曲線で表わし、この曲線を線形フィッティング法、または逆ラプラス変換法によって解析する工程、
（５）13Ｃ-ＮＭＲ信号群をＣＨ2基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、ＣＨ基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、およびＣＨ3基または四級炭素由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号に分離して帰属させる工程、
の５つの工程から成る。
【００３９】
そして、本実施例では、（１）から（５）までの工程を、コンピュータを使って網羅的に行なわせる。すなわち、接触時間τをｎ段階に変化させながら、各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ-ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得、得られた集合データＳ(τ，ω)に対してτ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る。これは、ある種の２次元ＮＭＲ法と言える。
【００４０】
曲線解析には、ＮＮＬＳ（non-negative least square fitting）法といった線形フィッティング法や、ＳＰＬＭＯＤ法、ＣＯＮＴＩＮ法といった逆ラプラス変換法（非特許文献４〜８）、最大エントロピー法（ＭＥＭ）などを用いる。
【００４１】
ＣＰ法の結果、13Ｃ-ＮＭＲの信号強度が接触時間τに応じてしだいに増加していく様子を、観測される13Ｃ-ＮＭＲスペクトルのセットに対し、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの化学シフト軸と接触時間τの軸とを交差させた２次元スペクトルで表わし、接触時間τを変数軸にしてＮＭＲ信号強度変化を指数関数型の増加曲線で表現したときの曲線の波形解析を、これらの解析方法にあてはめて実行する。
【００４２】
その結果、1Ｈ核から13Ｃ核への磁化移動の時定数の位置にピークが現れる。最も磁化移動の速いものがＣＨ2基であり、次にＣＨ基、さらに四級炭素とＣＨ3基が続き、都合３つのグループにグループ分けすることができ、これによりスペクトル編集が可能になる。
【００４３】
図７は、接触時間τを変数軸として、ＮＭＲ信号強度変化を指数関数型の増加曲線が分かるように３次元表現した一例である。この増加曲線をＳＰＬＭＯＤ法によって処理すると、図８に結果を示すように、13Ｃ-ＮＭＲ信号がそれぞれの磁化移動速度ｖの違いを反映した位置に、シングルピークとして分離される。この位置の違いが13Ｃ核に化学結合している1Ｈ核の個数の違いに基づくものであることは、次に示す例から明らかである。
【００４４】
サンプルにコール酸を用いて同様の信号分離を実行した例を図９と図１０に示す。曲線解析にはＳＰＬＭＯＤ法を用いた。図９の縦軸は磁化移動速度ｖ、横軸は13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの化学シフト値である。図９から、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルは、1Ｈ核から13Ｃ核への磁化移動の速度に従って、３つのグループに分類されていることが分かる。
【００４５】
最も速度が速いグループは一番下に現れているＣＨ2基のグループ、次が下から２番目の位置に現れているＣＨ基のグループ、最も速度が遅いグループが一番上に現れているＣＨ3基および四級炭素のグループである。このように、本実施例を適用すれば、13Ｃ-ＮＭＲ信号ピークは、３つのグループに整然と分類できる。
【００４６】
図９のスペクトルのスライスを図１０に示す。一番上のスペクトルは、通常のＣＰＭＡＳスペクトルである。ピークがたくさん現れており、どのピークがＣＨ2基なのか、ＣＨ基なのか、ＣＨ3基なのか分からない。
【００４７】
上から２番目のスペクトルは、磁化移動速度が最も速いグループを選んで取り出したものである。これは、ＣＨ2基に由来するピーク群であり、ＣＨ2基のみの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとなる。
【００４８】
上から３番目のスペクトルは、磁化移動速度が２番目に速いグループを選んで取り出したものである。これは、ＣＨ基に由来するピーク群であり、ＣＨ基のみの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとなる。
【００４９】
１番下のスペクトルは、磁化移動速度が最も遅いグループを選んで取り出したものである。これは、ＣＨ3基および四級炭素に由来するピーク群であり、ＣＨ3基および四級炭素のみの13Ｃ-ＮＭＲスペクトルとなる。
【００５０】
このように、自動的に容易にスペクトル編集が可能となる。
【実施例２】
【００５１】
図１１に本実施例を示す。本実施例は、基本的に固体試料を静磁場軸に対しマジック角だけ傾斜させて高速回転させ、固体ＮＭＲスペクトルを取得する際に用いられるスペクトルの測定方法であって、
（１）試料中の1Ｈ核の分極を横磁化に変換するため９０°パルスを照射する工程、
（２）９０°パルスにより発生した1Ｈ核の横磁化を、高周波パルスを印加し続けることによりスピンロックし、同時に13Ｃ核に対してもほぼ同等の強度を持った高周波パルスを照射するクロス・ポーラリゼーション（ＣＰ）法により、磁化を1Ｈ核から13Ｃ核に移した後、位相を反転させた1Ｈ用スピンロックパルスを、位相を反転させない13Ｃ用ＣＰパルスと同時に、更に時間τだけ照射することにより、13Ｃ核に移されていた磁化を13Ｃ核から1Ｈ核に戻す（polarization inversion）工程、
（３）ＣＰパルス照射直後に生成する13Ｃ核のＦＩＤを、1Ｈ核をデカップリングしながら測定し、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルにフーリエ変換する工程、
（４）時間τを変化させながら測定を繰り返し、13Ｃ-ＮＭＲ信号の変化を、時間τを変数軸とする指数関数型曲線で表わし、この曲線を線形フィッティング法、または逆ラプラス変換法によって解析する工程、
（５）13Ｃ-ＮＭＲ信号群をＣＨ2基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、ＣＨ基由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号、およびＣＨ3基または四級炭素由来の13Ｃ-ＮＭＲ信号に分離して帰属させる工程、
の５つの工程から成る。
【００５２】
そして、本実施例では、（１）から（５）までの工程を、コンピュータを使って網羅的に行なわせる。すなわち、位相反転時間τをｎ段階に変化させながら、各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ-ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得、得られた集合データＳ(τ，ω)に対してτ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る。これは、ある種の２次元ＮＭＲ法と言える。
【００５３】
解析は、実施例１で述べた方法と全く同じ方法で行なう。すなわち、ＣＰの位相反転法によって13Ｃ-ＮＭＲの信号強度がしだいに減少していく様子を、13Ｃ-ＮＭＲスペクトルの化学シフト軸とＣＰの位相反転時間τの軸とを交差させた２次元スペクトルで表わし、ＣＰの位相反転時間τを変数軸にしてＮＭＲ信号強度変化を指数関数型の減少曲線で表現したときの曲線の波形解析を実行する。
【００５４】
波形解析にＮＮＬＳ（non-negative least square fitting）法といった線形フィッティング法や、ＳＰＬＭＯＤ法、ＣＯＮＴＩＮ法といった逆ラプラス変換法（非特許文献４〜８）、最大エントロピー法（ＭＥＭ）などを用いることにより、1Ｈ核から13Ｃ核への磁化移動の時定数の位置にピークが現れる。
【００５５】
最も速いものがＣＨ2基であり、次にＣＨ基、さらに四級炭素とＣＨ3基とグループ分けすることにより、スペクトル編集が可能となる。
【実施例３】
【００５６】
図１２に本実施例を示す。本実施例は、位相反転の回数を実施例２の場合よりも増やしたものである。すなわち、実施例２で説明したように、1Ｈ核用スピンロックパルスを位相反転させて、13Ｃ核から1Ｈ核に向けてpolarization inversionを行なった後、今度は、更にもう１度、1Ｈ核用スピンロックパルスと13Ｃ核用ＣＰパルスをともに位相反転させて、合わせて総時間がτとなるように、1Ｈ核から13Ｃ核に向けてpolarization inversionを行なうことを特徴とする。
【００５７】
これにより、実験条件のずれに対する許容度が上がる。本実施例で得られたデータに対しても、実施例１と実施例２で述べた方法と全く同じ方法でデータ解析を行なう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
固体ＮＭＲのスペクトル測定に広く利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体試料を静磁場に対しマジック角傾斜させて高速回転させつつ固体ＮＭＲスペクトルを取得するＮＭＲ測定方法であって、
(１)1Ｈ核に対する９０°パルス照射−分極移動の接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる1Ｈ核デカップリング用高周波の照射と、13Ｃ核に対する前記接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる13Ｃ核ＦＩＤ信号の検出から成るパルスシーケンスを用い、
前記τをｎ段階に変化させながら各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ核ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得る工程、
(２)得られた集合データＳ(τ，ω)に対して、τ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る工程
から成ることを特徴とする固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項２】
前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を反転させるパルスシーケンスを用い、この位相反転の期間を変えることによりτを変化させることを特徴とする請求項１記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項３】
前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を一旦反転させ更に位相を戻すと共に、該位相を戻した期間に合わせて13Ｃ核に対する前記分極移動用高周波の位相も反転させるパルスシーケンスを用い、この1Ｈ核に対する位相反転及び戻しの期間を変えることによりτを変化させることを特徴とする請求項１記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項４】
更に、
(３)前記集合データＳ(ｖ，ω)に基づき、磁化移動速度ｖが高い順にＣＨ2基由来のピーク、ＣＨ基由来のピーク、ＣＨ3基及び四級炭素由来のピークであるかを判定する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項５】
前記曲線解析処理は、線形フィッティング法、逆ラプラス変換法、最大エントロピー法のいずれかに基づいて行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項１】
固体試料を静磁場に対しマジック角傾斜させて高速回転させつつ固体ＮＭＲスペクトルを取得するＮＭＲ測定方法であって、
(１)1Ｈ核に対する９０°パルス照射−分極移動の接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる1Ｈ核デカップリング用高周波の照射と、13Ｃ核に対する前記接触時間τにわたる分極移動用高周波の照射−検出期間ｔにわたる13Ｃ核ＦＩＤ信号の検出から成るパルスシーケンスを用い、
前記τをｎ段階に変化させながら各τについてのＦＩＤ信号を検出し、各ＦＩＤ信号について時間軸ｔを周波数軸ωに変換する処理を施してｎ個の13Ｃ核ＮＭＲスペクトルから成る集合データＳ(τ，ω)を得る工程、
(２)得られた集合データＳ(τ，ω)に対して、τ軸方向に曲線解析処理を施すことにより磁化移動速度ｖを変数とする集合データＳ(ｖ，ω)を得る工程
から成ることを特徴とする固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項２】
前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を反転させるパルスシーケンスを用い、この位相反転の期間を変えることによりτを変化させることを特徴とする請求項１記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項３】
前記工程(１)において、1Ｈ核に対する分極移動用高周波の照射に際し接触時間τの後半に高周波の位相を一旦反転させ更に位相を戻すと共に、該位相を戻した期間に合わせて13Ｃ核に対する前記分極移動用高周波の位相も反転させるパルスシーケンスを用い、この1Ｈ核に対する位相反転及び戻しの期間を変えることによりτを変化させることを特徴とする請求項１記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項４】
更に、
(３)前記集合データＳ(ｖ，ω)に基づき、磁化移動速度ｖが高い順にＣＨ2基由来のピーク、ＣＨ基由来のピーク、ＣＨ3基及び四級炭素由来のピークであるかを判定する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【請求項５】
前記曲線解析処理は、線形フィッティング法、逆ラプラス変換法、最大エントロピー法のいずれかに基づいて行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体ＮＭＲ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１４１１６２（Ｐ２０１１−１４１１６２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１２（Ｐ２０１０−１３１２）
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
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