ＮＭＲにおける等核デカップリングのためのフーリエティックリング
【課題】等核カップリングのデカップリングの効果的で速い方法を提供する。
【解決手段】本発明は、励起パルスを印加すると共に、データ点を取得する高解像度ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定方法であって、滞留時間Δｔだけ間隔を空けて２つの連続したデータ点を取得する方法において、持続時間がτｐである１つ又は複数のティックリングＲＦ（＝無線周波数）パルスを、各滞留時間Δｔ内に加え、且つティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が、条件＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝πＪをほぼ満たし、ここでＪはスカラーＪカップリング定数であり、ω１＝γＢ１でγは磁気回転比であり、Ｂ１は各ティックリングＲＦパルスの磁気成分の強度であることを特徴とする方法に関する。この方法は、等核カップリングをデカップリングするのに有効である。
【解決手段】本発明は、励起パルスを印加すると共に、データ点を取得する高解像度ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定方法であって、滞留時間Δｔだけ間隔を空けて２つの連続したデータ点を取得する方法において、持続時間がτｐである１つ又は複数のティックリングＲＦ（＝無線周波数）パルスを、各滞留時間Δｔ内に加え、且つティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が、条件＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝πＪをほぼ満たし、ここでＪはスカラーＪカップリング定数であり、ω１＝γＢ１でγは磁気回転比であり、Ｂ１は各ティックリングＲＦパルスの磁気成分の強度であることを特徴とする方法に関する。この方法は、等核カップリングをデカップリングするのに有効である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起パルスを印加すると共に、データ点を取得する高解像度ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定方法であって、滞留時間Δｔだけ間隔を空けて２つの連続したデータ点を取得する方法に関する。
【０００２】
前述の方法は、１９８７年、Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ発行のアンドルー Ｅ．デローム著「Ｍｏｄｅｒｎ ＮＭＲ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ」によって知られている。
【背景技術】
【０００３】
非特許文献１の１９５４年ブロッホにより、高解像度ＣＷ−ＮＭＲに二重共鳴技法が最初に導入され、非特許文献２のブルーム及びシューレリーは、γＢ２≫２π｜Ｊ｜になるようにＲＦ電磁場Ｂ２を３１Ｐ核に加えることにより、異核カップリングＪ（３１Ｐ−１９Ｆ）から生じる１９Ｆスペクトルにおける二重線の崩壊に至る可能性があることを示した。非特許文献３、４のフリーマン及びアンダーソンは、等核カップリング又は異核カップリングを用いるスピン系に適用可能であり、ＣＷ（＝連続波）状での応答を観測するために主たるＲＦ電磁場Ｂ１の周波数を掃引している間に第２のＲＦ電磁場Ｂ２から生じるスペクトルの複雑性及び多様性を説明する理論的説明を提案した。具体的には、非特許文献５、６によると、非縮退エネルギー（ｎｏｎ−ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ ｅｎｅｒｇｙ）準位のトポロジー及び結合定数の相対符号についての情報を抽出することができる。非特許文献７、８によると、「スピンティックリング」実験として後に知られるようになったこれらの効果の詳細な議論は、他の箇所にも示されている。その後ずっと、（しばしば生体分子において）ますます複雑になるシステムの特性を決定するための改良された方法の開発は、解像度における利得及びスペクトルの単純化を実現に付随して起こることを望まれていた。非特許文献９〜１５によると、等核のスカラー相互作用を除去することで、１Ｄと２Ｄの両方のスペクトルにおける重複領域での割当てを簡略化することができ、Ｊカップリングによる微細構造を排除するために数多くの方法が提案されてきた。しかし、これらの方法はいずれも、広範にわたる応用を見いだしてこなかったように思える。さらに、これらの方法は通常、２Ｄスペクトルの間接次元でのデカップリング効果を実現するのみである。
【０００４】
上記と同様の方法が等核デカップリングとして知られており、信号の観測を通して、振幅が一定の弱いＲＦ電磁場が加えられる。この方法では、ＲＦ照射と信号観測との間の干渉が問題点であり、複数の周波数に拡張することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｆ．ブロッホ著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．８５、１９５４年、９４４
【非特許文献２】Ａ．Ｌ．ブルーム及びＪ．Ｎ．シューレリー著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．９７、１９５５年、１２６１
【非特許文献３】Ｒ．フリーマン及びＷ．Ａ．アンダーソン著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．３７、１９６２年、２０５３
【非特許文献４】Ｗ．Ａ．アンダーソン及びＲ．フリーマン著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．３７、１９６２年、８５
【非特許文献５】Ｊ．Ａ．エルビジ及びＬ．Ｍ．ジャクマン著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９６１年、８５９
【非特許文献６】Ｊ．Ｐ．マーハ及びＤ．Ｆ．エヴァンス著、Ｐｒｏｃ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９６１年、２０８
【非特許文献７】Ｒ．Ａ．ホフマン及びＳ．フォーセン著、Ｐｒｏｇ． ＮＭＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．１、１９６６年、１５
【非特許文献８】Ｒ．Ｒ．エルンスト、Ｇ．ボーデンハウゼン及びＡ．ヴォーガン著、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｏｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ、Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｏｘｆｏｒｄ、１９８７年、Ｃｈａｐｔｅｒ ４
【非特許文献９】Ｗ．Ｐ．アウエ、Ｊ．カルハン及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．、１９７６年、６４、４２２６
【非特許文献１０】Ａ．バックス、Ｒ．フリーマン及びＧ．Ａ．モリス著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９８１年、４３、３３３
【非特許文献１１】Ｊ．Ｒ．ガルボウ、Ｄ．Ｐ．ヴァイテカンプ及びＡ．パインズ著、Ｃｈｅｍ Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１９８２年、９３、５０４
【非特許文献１２】Ａ．Ｊ．シャカ、Ｊ．キーラー及びＲ．フリーマン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９８４年、５６、２９４
【非特許文献１３】Ｍ．ランセ、Ｇ．ワーグナー、Ｏ．Ｗ．セーアンセン、Ｋ．ヴュートリッヒ及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９８４年、５９、２５０
【非特許文献１４】Ｏ．Ｗ．セーアンセン、Ｃ．グリージンガー及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９８５年、１０７、７７７８
【非特許文献１５】Ｋ．ツァンガー及びＨ．シュテルク著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９９７年、１２４、４８６
【非特許文献１６】Ｍ．バク、Ｊ．Ｔ．ラスムッセン及びＮ．Ｃ．ニールセン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１４７、２、２０００年
【非特許文献１７】Ｒ．Ｒ．エルンスト、Ｇ．ボーデンハウゼン及びＡ．ヴォーガン著、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｏｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ、Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｏｘｆｏｒｄ、１９８７年、Ｃｈａｐｔｅｒ ２
【非特許文献１８】Ｆ．ブロッホ及びＡ．ジガート著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．、１９４０年、５７、５２２
【非特許文献１９】Ｌ．エムズリー及びＧ．ボーデンハウゼン著、Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１９９０年、１６８、２９７
【非特許文献２０】Ｋ．Ｔ．サムマネン著、Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ａ．、１９９１年、１５５、３３５
【非特許文献２１】Ｕ．エーベルレン及びＪ．Ｓ．ウォー著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．、１９６８年、１７５、４５３
【非特許文献２２】Ｗｏｌｆｒａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ７．０、Ｗｏｌｆｒａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．、Ｃｈａｍｐａｉｎ、２００８年
【非特許文献２３】Ｊ．ディトマー及びＧ．ボーデンハウゼン著、ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ．、２００４年、５、１７５０
【非特許文献２４】Ｊ．ディトマー及びＧ．ボーデンハウゼン著、ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ．、２００６年、７、８３１
【非特許文献２５】Ｍａｌｃｏｌｍ Ｈ． ＬｅｖｉｔｔがプログラムしたＭａｔｈｅｍａｔｉｃａ用のｍＰａｃｋａｇｅｓコード（ｗｗｗ．ｍｈｌ．ｓｏｔｏｎ．ａｃ．ｕｋで入手可能）
【非特許文献２６】Ｂ．ミシュラ及びＥ．Ｃ．Ｇ．スダルシャン著、Ｊ．Ｍａｔｈ． Ｐｈｙｓ．、１９７７年、１８、７５６
【非特許文献２７】Ｈ．ナカザト、Ｍ．ナミキ、Ｓ．パスカジオ及びＨ．ラウホ著、Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ａ、１９９５年、１９９、２７
【非特許文献２８】Ｄ．ホーム及びＭ．Ａ．Ｂ．ウィタカー著、Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２５８、１９９７年、２３７
【非特許文献２９】Ｋ．コシノ及びＡ．シミズ著、Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｐｏｒｔｓ ４１２、２００５年、１９１
【非特許文献３０】Ｊ．Ｍ．レイモンド、Ｃ．セイリン、Ｓ．グレーズ、Ｉ．ドツェンコ、Ｍ．ブリュヌ、Ｓ．ハロシ、Ｐ．ファッキ及びＳ．パスカジオ著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．１０５、２０１０年、２１３６０１
【非特許文献３１】Ｇ．ボーデンハウゼン及びＲ．フリーマン及びＧ．Ａ．モリス著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．２３、１９７６年、１７１
【非特許文献３２】Ｇ．Ａ．モリス及びＲ．フリーマン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ． ２９、１９７８年、４３３
【非特許文献３３】Ｐ．カラヴァティ、Ｇ．ボーデンハウゼン及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．５５、１９８３年、８８
【非特許文献３４】Ｖ．フィッツトゥーム、Ｍ．カポリニ、Ｓ．オルゼゲア及びＧ．ボーデンハウゼン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、近刊
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、等核カップリングのデカップリングの効果的で速い方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
持続時間がτｐである１つ又は複数のティックリングＲＦ（無線周波数）パルスが、各滞留時間Δｔ内に加えられ、ティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が
【数１】
と＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝１０πＪとの間にあり、ここでＪはスカラーＪ結合定数であり、ω１＝γＢ１であって、γは磁気回転比であり、Ｂ１は各ティックリングＲＦパルスの磁気成分の強度であり、これによって、この目的が達成される。
【０００８】
データ点を取得している間の時間間隔（滞留時間）において、短いが極めて強い無線周波数（ＲＦ）の「ティックリング」パルスを加えることにより、溶液の高解像度ＮＭＲスペクトルにおけるＪカップリングスピン系での等核スカラー相互作用のデカップリングを実現することができる。平均ＲＦ場振幅、すなわちデューティサイクルでスケーリングされたピーク振幅は、条件＜ω１＞≒πＪをほぼ満たさなければならない。この方法が機能するには、＜ω１＞が（π／１０）Ｊと１０πＪの間であれば、十分と考えられる。この方法は、Ｊカップリングした核ペアの間での広範囲にわたる化学シフトの差について有効である。
【０００９】
本発明は、一連の短いＲＦパルスを加えることにより、等核スカラー相互作用を取り除くための１Ｄ技法を提示する。この方法は、フーリエ分光法とティックリング分光法の組合せと見なしてもよい。不適切な（ＩＮＥＰＴ）及び不十分な（ＩＮＡＤＥＱＵＡＴＥ）など控えめな頭辞語を念頭に、我々の方法をＷｉｎｄｏｗ−Ａｃｑｕｉｒｅｄ Ｓｐｉｎ Ｔｉｃｋｌｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ（ＷＡＳＴＥ）と呼びたい。この新規の方法は、適度に強く結合したスピン系から適度に弱く結合したスピン系までの一連の試料の陽子スペクトルに対して試験されてきた。
【００１０】
本発明の好ましい変形形態
この発明性のある方法の好ましい変形形態は、ティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が条件である＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝πＪを満たすことを特徴とする。この方法は、ほぼπＪに達する＜ω１＞の値であれば正確に動作するように思えるが、＜ω１＞＝πＪが最適条件であることが分かる。
【００１１】
この発明性のある方法のさらなる有利な変形形態は、ティックリングパルスの持続時間τｐが０．１μｓと２０μｓの間にあり、好ましくは約１μｓであることを特徴とする。ティックリングＲＦパルスの持続時間が短かったり長かったりすると、望ましくない副次的影響が生じるものと思われる。
【００１２】
滞留時間毎に一度取得されるデータ点が、フーリエ変換によってあるスペクトルに変換される場合、そのことは有利である。
【００１３】
この発明性のある方法の他の好ましい変形形態では、持続時間τｐのＭ個のティックリングＲＦパルスが、複数の滞留時間Δｔの各々の時間内に任意に加えられ、滞留時間Δｔ内の各ティックリングＲＦパルスが、ティックリングＲＦパルスの互いに異なるコームＣｍに属しており、ｍは正の整数で１≦ｍ≦Ｍであり、同じコームＣｍに属している全てのティックリングＲＦパルスが、互いに等距離の関係にある。
【００１４】
複数のティックリングパルスは、各滞留時間内に加えられ、グループ化されて複数のコームにすることができ、ティックリングＲＦパルスは互いに等距離にある。
【００１５】
この変形形態のさらなる変形形態は、同じコームＣｍに属している各ティックリングＲＦパルスの位相が、ある滞留時間から次の滞留時間まで一定の係数分だけシフトされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この変形形態により、いくつかのスピン系を同時にデカップリングすることが可能になる。
【００１７】
本発明を以下の図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ティックリングＲＦパルスの応用を示す、フーリエティックリングの実験用の方式を示す図である。
【図２】連続的なスピンロッキングが達成されるまで、２μｓのステップでパルス長τｐが徐々に増大するように、下から上に積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルを示す図である。
【図３】図２と同様に積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルであるが、パルス長０≦τｐ≦２．２５μｓでの増分が０．２５μｓと、より小さいものを示す図である。最良のデカップリングは、τｐ＝１μｓ（下から５番目のスペクトル）のときに生じる。
【図４】ティックリングパルスのＲＦ場の強度が０≦ω１／（２π）≦５０ｋＨｚの範囲にわたって２ｋＨｚの２５ステップで増大するときの、下から上に積み重ねされたシミュレーション済みのスペクトルのセットを示す図である。ティックリングパルス長はτｐ＝１μｓ（デューティサイクル１％）であり、オフセットはΩｘ／（２π）＝１ｋＨｚであり、カップリング定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚである。スピンＸの真のオフセットが鎖線で示してある。
【図５】図４と同様であるが、１％のデューティサイクルで０≦ω１／（２π）≦４．７５ｋＨｚの限定された範囲にわたって、より小さい０．２５ｋＨｚの２０ステップで積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルを示す図である。
【図６】下から上に積み重ねられた、オフセットがΩＩ／２π＝０及びΩＳ／２π＝５０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、及び６００Ｈｚについてのシミュレーションを示す図である。ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであった。ティックリングＲＦ場の強度は、１％のデューティサイクルでω１／（２π）＝２．５ｋＨｚであり、Ｊカップリング定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚであった。全てのスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【図７】図６と同様であるが、より弱いＲＦティックリング場ω１／（２π）＝０．８ｋＨｚについてのシミュレーション済みのスペクトルを示す図である。
【図８】ＪＡＸ＝１０Ｈｚ及びΔｔ＝１００μｓを用いて式２の平均ハミルトニアン理論によって計算された、非共鳴スピンＸの多重線を示す図である。黒い鎖線は、ＲＦ照射がない場合の非摂動二重線を示す。黒い破線は、式６の条件に合うよう持続時間がτｐ＝１μｓでＲＦの振幅がω１／（２π）＝０．５ｋＨｚのティックリングパルスを使用する結果として生じるスペクトルを示す。黒い実線は、２倍のＲＦ振幅、すなわちω１／（２π）＝１ｋＨｚを使用する結果として生じる改善されたスペクトルを示す。１Ｈｚの線の広がりが適用された。計算はＭａｔｈｅｍａｔｉｃａを用いて実行された（非特許文献２２参照）。
【図９】以下のパラメータ、すなわちデューティサイクル１％でΩＡ／（２π）＝０、Ωｘ／（２π）＝１ｋＨｚ、ＪＡＸ＝１０Ｈｚ、ω１／（２π）＝３．５ｋＨｚ、τｐ＝１μｓ、Δ＝１００μｓであり、また、ｎ＝２５２２の観測点での、図１のフーリエティックリング実験に供される２スピン系での部分空間
【数２】
に属する３つの積演算子（それぞれ、長いバーの破線、短いバーの十字線及び破線で示す）のシミュレーションを示す図である。これら３つの演算子のノルム（黒い閉線）が一定に保たれており、変化がこの部分空間に制限される。フーリエ変換を実行すると、期待値の浅い振幅変調
【数３】
により、図２に示すような「ティックリングサイドバンド」が生じる。このシミュレーションは、ｍＰａｃｋａｇｅｓを用いて実行した（非特許文献２５参照）。
【図１０】ａ）５００ＭＨｚでのＤＭＳＯ−ｄ６中の２，３−ジブロモチオフェンの従来のＮＭＲスペクトル、ｂ）左側にある二重線で、波形矢印で示された搬送周波数と同じ試料のティックリングスペクトルを示す図である。２つの化学シフトの間の差は３０５Ｈｚであり、結合定数はＪＡＸ＝５．８Ｈｚである。ティックリングパルスの長さは、滞留時間Δｔ＝５０μｓ（デューティサイクル２％）においてτｐ＝１μｓであった。ティックリング場強度は、ω１／（２π）≒９１０Ｈｚであった。両方のスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【図１１】ａ）ＣＤＣｌ３中の２，３，６−トリクロロフェノールの従来のＮＭＲスペクトル、ｂ）搬送周波数が波形矢印で示した共振上にある状態での同じ試料のティックリングスペクトルを示す図である。２つの化学シフトの間の差は９８Ｈｚであり、結合定数はＪＡＸ＝８．７Ｈｚである。ティックリングパルスの長さは、滞留時間Δｔ＝５０μｓ（デューティサイクル２％）においてτｐ＝１μｓであった。ティックリング場強度は、ω１／（２π）≒２４０Ｈｚであった。両方のスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。約７．３ｐｐｍでの一重線は、溶媒の残留ＣＨＣｌ３から生じる。
【図１２】以下のａ）〜ｄ）を示す図である。ａ）５００ＭＨｚでのＤ２Ｏ中の１−プロパノールのＡ２Ｍ２Ｘ３システムの従来のＮＭＲスペクトル。ｂ）搬送周波数（波形矢印）がＡ２共振上にある場合に得られるティックリングスペクトル。差込み図には、カップリングの相手側Ｍ２の多重線を単純化したものが示してあり、これは単純な四重線になる。ｃ）搬送周波数（波形矢印）がＸ３共振上にある状態でのティックリングスペクトル。差込み図には、カップリングの相手側Ｍ２の多重線を単純化したものが示してあり、これは次に単純な三重線として現れる。ｄ）搬送周波数（波形矢印）がＭ２の中央の多重線上にある状態でのティックリングスペクトルであり、完全にデカップリングした３つの一重線になっている。ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであり、ティックリング場強度は、あらゆる場合においてω１／（２π）≒１．６ｋＨｚであった。全てのスペクトルは、差込み図に示された、線の広がりが使用されなかった拡大したものを除いて、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【図１３】ａ）４００ＭＨｚでのＡＭＸシステムの従来のＮＭＲスペクトルのシミュレーション、ｂ）搬送周波数（波形矢印）がスピンＭの中央共振から−４０Ｈｚ共振がずれている２パルスティックリング実験で得られるティックリングスペクトルを示す図である。照射すべき所望のオフセットによって各ティックリングパルスの位相を増加させることにより、完全にデカップリングしたスペクトルが得られる。デューティサイクル１％においてティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであり、ティックリング場強度は、両方のパルスについてω１／（２π）＝１．５ｋＨｚであった。全てのスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、フーリエティックリング実験のスキームが示してある。背の高い長方形は、初期の励起パルスを表しており、小さい長方形は、ｘ軸に沿って加えられる、持続時間がτｐのティックリングパルスを表している。黒い点は、単一のデータ点の取得を表している。受信機が絶えず動作している場合、受信機が作動された時間間隔において取得される全てのデータ点にわたって平均することにより、このデータ点が得られる。ループをｎ回繰り返してｎ個のデータ点を取得することにより、駆動誘導減衰（ＤＩＤ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ）が構築される。
【００２０】
データ点を取得している間に、短くただし極めて強い無線周波数（ＲＦ）の「ティックリング」パルス（典型的には、持続時間がτｐ＝１μｓで、ＲＦ振幅が２＜ω１Ｊ／（２π）＜３ｋＨｚ）を加えることにより、結合したスピン系における等核スカラー相互作用ＪＡＸのデカップリングを実現することができる。これらは、所望のスペクトル幅が１０Ｈｚである場合は、典型的にはΔｔ＝１００μｓであり得る時間間隔（「滞留時間」）によって分離される。以下で説明するように、平均ＲＦ場振幅＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔは、条件＜ω１＞＝πＪをほぼ満たさなければならない。搬送周波数ωｒｆを化学シフトΩＡ上に配置することにより、スピンＡを「ティックリングする」場合、ＪＡＸによる微細構造が、Ａ多重線とＸ多重線の両方において崩壊する。ＪＡＸ＝０Ｈｚの「線形」のＡＭＸ３スピンシステムでは、中央スピンＭをティックリングすることにより、相互作用ＪＡＭとＪＭＸの両方をなくすことができる。その結果、３つの多重線全てが崩壊し、等方性化学シフトΩＡ、ΩＭ及びΩＸにおいて、スペクトルは３つの１重線のみを示す。しかし、スピンＭのみがティックリングされる、ＪＭＸ≠０である一般のＡＭＸ３スピンシステムでは、非照射のＡスピンとＸスピンの両方についてＪＡＸによる多重度が維持される。
【００２１】
図１に示すシーケンスでは、初期の９０°のパルス及びティックリングパルスの位相が、それぞれｙ軸とｘ軸に沿っている場合を考える。フーリエ分光法では常のごとく、ナイキスト条件を満たすよう、所望のスペクトル幅に反比例する規則的な時間間隔Δｔ（滞留時間）で信号が観測される。長さがτｐで一定のＲＦ振幅ω１＝γＢ１を有するティックリングパルスが、各Δｔ間隔の中央付近で加えられる。所望の数の点を得るまでｎ回ループを繰り返すことにより、いわゆる駆動誘導減衰（ＤＩＤ）を得ることができる。ＳＩＭＰＳＯＮプログラムを用いて数値シミュレーションが実行された（非特許文献１６参照）。この研究では緩和効果は考慮されなかった。ティックリングパルスのＲＦ搬送波は、スピンＡとの共振上にあり（すなわち、ωｒｆ＝ωＡ）、したがってこの相殺によって消滅する（ΩＡ＝ωＡ−ωｒｆ＝０）。したがって、ωｒｆ＝ωＡと同期して回転するゼーマンフレームでは、ハミルトニアンは以下の通りである。
【数４】
ここで、ティックリングパルス期間中を除けば、第３項は消える。
【００２２】
図２は、連続的なスピンロッキングが達成されるまで、２μｓのステップでパルス長τｐが徐々に増大するように、下から上に積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルを示す。ＲＦ電磁場強度は、ω１／（２π）＝２．５ｋＨｚである。オフセットは、ΩＡ／（２π）＝０Ｈｚ、ΩＸ／（２π）＝１ｋＨｚであり、結合定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚである。スピンＸのオフセットが鎖線で示してある。全てのスペクトルは１Ｈｚの線の広がりで処理されたが、それというのも、そうしなければ共振上の線は非常に狭く、背が高くなるからである。
【００２３】
非特許文献１７におけるリュウヴィルフォンノイマンの式を使用して、密度行列の変化を数値的に評価することができる。図２で、滞留時間Δｔを一定に保ちながらパルス長τｐを徐々に増大させることにより、ティックリングパルスの長さτｐの効果を調査した。ティックリングパルスの長さτｐが増大するにつれて、ΩＡ＝０Ｈｚで共振しているスピンＡの信号の両側に対称に配置された信号が現れる。共振していないスピンＸのオフセットも摂動し、搬送波周波数から「外れている」ように見える。これは、非特許文献１８〜２０におけるブロッホ・ジガート効果を表したものである。見かけ上の化学シフトは以下の通りである。
【数５】
＜ω１＞＜＜ΩＸであるため、＜ω１＞／ΩＸ＝０の周りで級数展開して最初の２項をとると、
【数６】
となる。ここで、＜ω１＞２／（２ΩＸ）の比は、系統的誤差をラジアン／秒で示す。通常、１０ｋＨｚのスペクトル幅でτｐ＝１μｓ且つΔｔ＝１００μｓの場合、ＲＦのデューティサイクルはτｐ／Δｔ＝０．０１＝１％になる。ＲＦ振幅がω１／（２π）＝２．５ｋＨｚであり、結合パートナーのオフセット量がΩＸ／（２π）＞１ｋＨｚ（すなわち、５００ＭＨｚで２ｐｐｍ超、又は１ＧＨｚで１ｐｐｍ超）であると考えると、以下の系統的誤差が生じる。
【数７】
すなわち、共振していないスピンＸの見かけ上のオフセットは、ほとんど摂動しない。必要に応じて、ティックリングスペクトル内で観測される見かけ上の化学シフトを、これらのブロッホ・ジガートの効果について訂正してもよい。
【数８】
ここで、右手側の
【数９】
でΩＸを単に置換した。（ティックリング場がない場合に生じる円形の軌跡とは対照的に）回転フレームの赤道面での磁化の軌跡の投影は楕円形であり、したがって、振幅が等しくない二重反転する２つの成分に分解することができるという事実から、図２の搬送波周波数に対して対称の位置に現れる信号を説明することができる。ω１＞＞ΩＸの場合、両方のスピンに関連する磁化の変化は、＜ω１＞＝ω１（スピンロッキング）のとき、連続的な照射に限界にまで完全に抑制されることになり、その結果、ΩＡ＝０Ｈｚでの単一の無変調信号が見込まれる。図２での最上部のスペクトルは、この限界のケースに近づいており、ここで２つのスピンは事実上磁気的に同等である。
【００２４】
図３を見て分かるように、これは図２の部分拡大図を示しているが、ティックリングパルスの長さがτｐ＝１μｓであるとき、両方の共振について理想的なデカップリング効果が実現される。パルスの持続時間τｐが低減する場合、各一重線には、振幅が増大する２つの「ティックリングサイドバンド」が隣接しているように見える。共振スピンＡ及び非共振スピンＸの両方の多重線の構造が、０≦τｐ≦２．２５μｓにおいて非常に類似したままであることに留意されたい。
【００２５】
図４に示したように、シミュレーションによりＲＦ場強度の役割をさらに調査した。場の強度が０≦ω１／（２π）≦５０ｋＨｚの範囲で徐々に増大したのに対し、ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓ及びオフセットΩＸ／（２π）＝１ｋＨｚに固定されていた。Ａスピン共振はＲＦ場強度とは関係なくきれいにデカップリングしているように見えるが、ＲＦ場強度が１２ｋＨｚを超えて増大するにつれて、非共振Ｘスピンは紛らわしい分裂を示す。ＲＦ場強度が増大するにつれて、Ｘスピン共振の歪みは劣化する。
【００２６】
しかし、図５の拡大図で理解できるように、ティックリングサイドバンドは、τｐ＝１μｓ及びΩＸ／（２π）＝１ｋＨｚの場合に、２＜ω１／（２π）＜４ｋＨｚの範囲で大きく抑圧される。デカップリングの効率は、スピンＸのオフセットにも依存する。数値シミュレーションによると、強く結合したスピン系では、すなわち化学シフトの差がたとえば１０Ｈｚよりも小さい場合には、デカップリングが失敗することが分かる。
【００２７】
図６には、オフセット量が５０＜ΩＸ／（２π）＜６００Ｈｚであり、ＲＦ場強度がω１／（２π）＝２．５ｋＨｚである場合の、１組のティックリングスペクトルが示してある。デカップリングの飛躍的改善、すなわち、化学シフトの差が増大するにつれてＸ信号の強度の増大が観測される。この差が１００Ｈｚよりも小さいとき、すなわち５００ＭＨｚにおいて０．２ｐｐｍよりも小さいとき、デカップリングの効率は損なわれるように見える（１１．７Ｔ）。
【００２８】
図７では、ＲＦ電磁場強度がより低くω１／（２π）＝８００Ｈｚであり、やはりデューティサイクルが１％の場合の、同様のシミュレーションが示してある。ティックリングサイドバンドの強度は図６の場合よりはるかに高いが、５０Ｈｚ、又は５００ＭＨｚにおいて０．１ｐｐｍの小さなオフセットについて、適切なデカップリングを実現することができる。したがって、逆説的に言えば、強くカップリングしたスピン系で効率的なデカップリングを実現するには、低いＲＦティックリング強度が求められる。
【００２９】
非特許文献２１によると、スピンティックリングのデカップリング効果は、平均ハミルトニアン理論の観点から合理的に説明することができる。非特許文献２２のＭａｔｈｅｍａｔｉｃａを用いて実行されるシミュレーションにより、図１のパルスシーケンスを記述するマグヌス展開の０次項のみを考慮するとき、デカップリング効果はすでに観測されることが分かる。２つのスピン系の積ベースでの、この項の行列表示は以下の通りである。
【数１０】
【００３０】
非対角要素ｃ＝ω１τｐ／（２Δｔ）＝＜ω１＞／２は、位相ｘのティックリングパルスに対応し、デューティサイクルτｐ／Δｔに比例する。その他の要素ａ＝（ΩＸ＋πＪ）／２及びｂ＝（ΩＸ−πＪ）／２は、オフセット及びＪカップリング相互作用を記述し、デューティサイクルには依存しないが、それというのも、自由歳差期間中とティックリングパルス中の両方において、これらの相互作用の下での変化が発生するからである。この行列の固有値は、期間Δｔでストロボのようにスピン演算子の期待値をサンプリングするときの、２スピン系のエネルギー準位を表す。
【００３１】
固有値の差によって遷移周波数が与えられる。ティックリングパルスがない場合、各スピンに関連する２つの単一量子遷移間の周波数差Δνは、結合定数ＪＡＸになる。すなわち、Δν＝２πＪＡＸである。周波数差Δν（ｃ）＝０を導くｃの値を識別することにより、ＪＡＸ分裂が崩壊する条件が見つかることになる。
【数１１】
の固有値はやや複雑だが、等式Δν（ｃ）＝０を解くことにより、以下のコンパクトな結果が得られる。
【数１２】
【００３２】
したがって、所与の結合定数ＪＡＸについては、時間間隔Δｔで周期的に観測する場合に分裂が消失するよう、平均ＲＦ場強度＜ω１＞、すなわち、ピークＲＦ場強度ω１及びティックリングパルスの持続時間τｐを選択することが可能である。式６を書き直して、β＝ω１τｐ＝±πＪＡＸΔｔを得ることができる。したがって、各ティックリングパルスのフリップ角βは、滞留時間ΔｔでのＪカップリング相互作用の下で任意のＲＦ摂動がない場合に、各二重線の２つの成分の単一量子のコヒーレンスが互いに対して変化することになる角度の半分に等しくなければならない。
【００３３】
図８には、初期の密度演算子
【数１３】
で始まる式５の平均ハミルトニアンを使用する、非共振スピンＸの多重線の数値計算が示してある。ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであり、結合定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚであった。ω１／（２π）＝０Ｈｚのとき、非摂動二重線が観測される（黒い点線）。τｐ＝１μｓ、Δｔ＝１００μｓ、及びω１／（２π）＝０．５ｋＨｚで式６の条件が満たされるときに得られる多重線が破線で示されている。すなわち、わずかなブロッホ・ジガート効果によってわずかに変位するが、非摂動スペクトルの各ピークに相当する強度を有する中央のピークがΩＸ＝１ｋＨｚで現れる。さらに、一重線のピークの約半分の強度を有する、２つのティックリングサイドバンドが現れる。ＲＦ振幅がω１／（２π）＝１．０ｋＨｚまで増大するとき（実線で示してある）、ティックリングサイドバンドは、ΩＸから対称に遠ざかり、強度を失う。
【００３４】
式６の条件Δν（ｃ）＝０は２のファクターだけ相違しているが（ｖｉｏｌａｔｅｄ ｂｙ ａ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ２）、中央のピークの強度が増大する。したがって、ＲＦ振幅ω１が増大するとき、式６の相違によって誘起される単一量子遷移間の分裂は、中央のラインを著しく広げることはないが、ティックリングサイドバンドは低減する。３つの全てのスペクトルの全体が保存される。
【００３５】
（サンプリングがストロボのように実行されることを条件として）式（１）の平均ハミルトニアンでのスカラー結合項を無効にする要求は、密度演算子の変化の自由度を厳しく抑えなければならないことを意味する。簡単に言えば、
【数１４】
や
【数１５】
などの同相項から始める場合、効率的なデカップリングとは、これらの初期状態の
【数１６】
や
【数１７】
など逆位相項への変換を不可能にしなければならないことを意味する。
【数１８】
から始める場合、且つオフセットΩＡが消失する場合、コヒーレンス転移は、非可換演算子
【数１９】
の３つ組におよぶリュウヴィル部分空間に制約されることになる。
【００３６】
図９には、これら３つの積演算子及びそれらのノルムの時間依存性のシミュレーションが示してあり、通常のティックリング実験中の
【数２０】
として定義されている（実線）。これら３つの演算子のノルムは一定なので、コヒーレンス転移は、非可換演算子の３つ組がおよぶ部分空間に制限しなければならない。同相項
【数２１】
から始める場合、Ｊカップリングは、この同相項を逆相演算子
【数２２】
に変換する傾向があるが、このプロセスは、ティックリングパルスにより、
【数２３】
を縦２−スピンオーダー
【数２４】
に変換することによって停止する。その結果、同相項
【数２５】
の振動が最小限に保たれる。これにより、デカップリングが成功する。同様の現象が互いに異なる背景で観測され、「複数のリフォーカシングパルスの下におけるコヒーレンスの３つ組内での相互変換による安定化」（ＳＩＴＣＯＭ）と呼ばれた（非特許文献２３、２４参照）。もちろん、ここで提示されたティックリング実験では、短いパルスはリフォーカシング効果をもたないが、安定化効果は同様である。
【００３７】
類似性については強引ではあると思われるが、フーリエティックリングにより、連続射影測定と同様の効果が実現され、システムは単一の状態には制限されず、ヒルベルト空間の多次元部分空間においてそのハミルトニアンの作用の下で変化する。これらの類似性に照らし合せると、実現可能な変形形態について熟考することは有益になり得る（非特許文献２６〜３０参照）。
【００３８】
全ての実験は、静的な場Ｂ０＝１１．７Ｔ（陽子については５００ＭＨｚ）で実行された。この場では、ＤＭＳＯ−ｄ６中の２，３−ジブロモチオフェンの２つの陽子が、（ΩＡ−ΩＸ）／（２π）≒３０５Ｈｚ且つＪＡＸ≒５．８Ｈｚで弱く結合している。
【００３９】
図１０では、非摂動スペクトルが、最良のティックリングスペクトルと比較される。搬送周波数が、波形矢印で示すように、左手側の共振上にあった。実験的にω１／（２π）≒９００Ｈｚに最適化されたティックリング場強度で、ティックリングサイドバンドの良好なデカップリング及び最小限の干渉が得られる。
【００４０】
図１１には、アスタリスクでマークされた溶媒のピークを重畳した、２，３，６−トリクロロフェノールの強く結合したＡＢシステムのスペクトルが示してある。
【００４１】
図１０におけるＡＸシステムとは対照的に、ティックリングサイドバンドによっては、図１１における強く結合したＡＢシステムにおいて明確に現れて見える。この望ましくない効果は、図７の数値シミュレーションで強調された。
【００４２】
それにもかかわらず、合理的なデカップリング効率が実現する。化学シフトにおける小さな差については、弱いＲＦ場振幅を使用しなければならない。１−プロパノール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）のＡ２Ｍ２Ｘ３システムと同様に、分子が磁気的に同等なスピンを含む場合に、ティックリングも機能する。
【００４３】
従来のスペクトル、及び搬送周波数が３つの多重線のうちの１つにあるティックリングスペクトルが、図１２で示されている。搬送周波数がＡ２の化学シフトにある場合、結合パートナーＭ２の多重度が３ＪＡＭのデカップリングによって簡略化されるが、差込み図に示すように、３ＪＭＸによる微細構造は影響を受けない。搬送周波数がＸ３の化学シフトにある場合、結合パートナーＭ２の多重度が３ＪＸＭのデカップリングによって簡略化されるが、図１２ｃの差込み図に示すように、３ＪＡＭによる微細構造（三重線）はそのままである。明らかに、ティックリングは、照射されたスピンとそのＪカップリングパートナーとの間の全てのＪ相互作用をデカップリングすることができる。明らかに、ティックリングは、照射されていないスピン間のカップリングには影響を及ぼさない。図１２ｄで、搬送周波数はＡ２Ｍ２Ｘ３システムのＭ２共振上にあった。Ｍ２スピンは、３ＪＡＸ＝０の状態でＡ２とＸ３の両方に結合しているので、３つの共振全てが、この場合にデカップリングしているように見える。これらの結果により、磁気的に同等なスピンの存在は、ティックリング実験での性能を損なわないことが分かる。さらに、考慮に入れた３つの試料全てにおいて、ティックリングスペクトル全体に異常は観測されなかった。
【００４４】
シフトｋΔφを介してｋ番目の滞留時間ΔｔにおけるコームＣのｋ番目のパルスの位相を進めることにより、パルスのコームＣの中心帯の有効周波数を、搬送周波数νｒｆからν＝νｒｆ＋Δφ（２πΔｔ）に自在にシフトできることがよく知られている。非特許文献３１〜３４による、いわゆる「ｄｅｌａｙｓ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎｕｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔａｉｌｏｒｅｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ」（ＤＡＮＴＥ）とともに、このような位相変調の手法が使用されてきた。持続時間τｐのティックリングパルスの期間Δｔ内での位置は任意の１つのコームＣに属しているが、重要ではないので、ティックリングパルスのいくつかのコームＣｍ（ｍ＝１、２、．．．Ｍ）を容易に重畳することができ、この各コームは、それ自体の位相シフトｋΔφｍと、したがって、それ自体の周波数シフトとに関連し得る。各滞留時間Δｔには、コーム毎にティックリングパルスをただ１つ含む。様々なコームＣｍに属する、滞留時間Δｔ内のティックリングパルスは、等距離である必要はない。これにより、図１３のシミュレーションに示すように、事実上、数多くの周波数で同時に照射することができるようになる。
【００４５】
この方法は、広範囲の化学シフトにわたって有効である。メチレン基及びメチル基で生じる磁気的に同等なスピンのグループを、効率的にデカップリングすることができる。信号全体を歪ませることなく、解像度及びスペクトルの簡略化における著しい改善をこのように得ることができる。この新規の実験道具は、生体高分子を含め、複雑なシステムの特性を決定する一助となることができると考える。各Δｔ期間に数多くの多色ティックリングパルスを挿入することにより、いくつかのサブシステムを同時にデカップリングすることができる。
【００４６】
この新規のティックリング法により、干渉を回避することができるようになり、また複数の周波数による照射で、いくつかの相互作用を同時にデカップリングすることができるようになる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起パルスを印加すると共に、データ点を取得する高解像度ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定方法であって、滞留時間Δｔだけ間隔を空けて２つの連続したデータ点を取得する方法に関する。
【０００２】
前述の方法は、１９８７年、Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ発行のアンドルー Ｅ．デローム著「Ｍｏｄｅｒｎ ＮＭＲ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ」によって知られている。
【背景技術】
【０００３】
非特許文献１の１９５４年ブロッホにより、高解像度ＣＷ−ＮＭＲに二重共鳴技法が最初に導入され、非特許文献２のブルーム及びシューレリーは、γＢ２≫２π｜Ｊ｜になるようにＲＦ電磁場Ｂ２を３１Ｐ核に加えることにより、異核カップリングＪ（３１Ｐ−１９Ｆ）から生じる１９Ｆスペクトルにおける二重線の崩壊に至る可能性があることを示した。非特許文献３、４のフリーマン及びアンダーソンは、等核カップリング又は異核カップリングを用いるスピン系に適用可能であり、ＣＷ（＝連続波）状での応答を観測するために主たるＲＦ電磁場Ｂ１の周波数を掃引している間に第２のＲＦ電磁場Ｂ２から生じるスペクトルの複雑性及び多様性を説明する理論的説明を提案した。具体的には、非特許文献５、６によると、非縮退エネルギー（ｎｏｎ−ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ ｅｎｅｒｇｙ）準位のトポロジー及び結合定数の相対符号についての情報を抽出することができる。非特許文献７、８によると、「スピンティックリング」実験として後に知られるようになったこれらの効果の詳細な議論は、他の箇所にも示されている。その後ずっと、（しばしば生体分子において）ますます複雑になるシステムの特性を決定するための改良された方法の開発は、解像度における利得及びスペクトルの単純化を実現に付随して起こることを望まれていた。非特許文献９〜１５によると、等核のスカラー相互作用を除去することで、１Ｄと２Ｄの両方のスペクトルにおける重複領域での割当てを簡略化することができ、Ｊカップリングによる微細構造を排除するために数多くの方法が提案されてきた。しかし、これらの方法はいずれも、広範にわたる応用を見いだしてこなかったように思える。さらに、これらの方法は通常、２Ｄスペクトルの間接次元でのデカップリング効果を実現するのみである。
【０００４】
上記と同様の方法が等核デカップリングとして知られており、信号の観測を通して、振幅が一定の弱いＲＦ電磁場が加えられる。この方法では、ＲＦ照射と信号観測との間の干渉が問題点であり、複数の周波数に拡張することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｆ．ブロッホ著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．８５、１９５４年、９４４
【非特許文献２】Ａ．Ｌ．ブルーム及びＪ．Ｎ．シューレリー著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．９７、１９５５年、１２６１
【非特許文献３】Ｒ．フリーマン及びＷ．Ａ．アンダーソン著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．３７、１９６２年、２０５３
【非特許文献４】Ｗ．Ａ．アンダーソン及びＲ．フリーマン著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．３７、１９６２年、８５
【非特許文献５】Ｊ．Ａ．エルビジ及びＬ．Ｍ．ジャクマン著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９６１年、８５９
【非特許文献６】Ｊ．Ｐ．マーハ及びＤ．Ｆ．エヴァンス著、Ｐｒｏｃ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９６１年、２０８
【非特許文献７】Ｒ．Ａ．ホフマン及びＳ．フォーセン著、Ｐｒｏｇ． ＮＭＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．１、１９６６年、１５
【非特許文献８】Ｒ．Ｒ．エルンスト、Ｇ．ボーデンハウゼン及びＡ．ヴォーガン著、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｏｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ、Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｏｘｆｏｒｄ、１９８７年、Ｃｈａｐｔｅｒ ４
【非特許文献９】Ｗ．Ｐ．アウエ、Ｊ．カルハン及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．、１９７６年、６４、４２２６
【非特許文献１０】Ａ．バックス、Ｒ．フリーマン及びＧ．Ａ．モリス著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９８１年、４３、３３３
【非特許文献１１】Ｊ．Ｒ．ガルボウ、Ｄ．Ｐ．ヴァイテカンプ及びＡ．パインズ著、Ｃｈｅｍ Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１９８２年、９３、５０４
【非特許文献１２】Ａ．Ｊ．シャカ、Ｊ．キーラー及びＲ．フリーマン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９８４年、５６、２９４
【非特許文献１３】Ｍ．ランセ、Ｇ．ワーグナー、Ｏ．Ｗ．セーアンセン、Ｋ．ヴュートリッヒ及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９８４年、５９、２５０
【非特許文献１４】Ｏ．Ｗ．セーアンセン、Ｃ．グリージンガー及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９８５年、１０７、７７７８
【非特許文献１５】Ｋ．ツァンガー及びＨ．シュテルク著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１９９７年、１２４、４８６
【非特許文献１６】Ｍ．バク、Ｊ．Ｔ．ラスムッセン及びＮ．Ｃ．ニールセン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、１４７、２、２０００年
【非特許文献１７】Ｒ．Ｒ．エルンスト、Ｇ．ボーデンハウゼン及びＡ．ヴォーガン著、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｏｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ、Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｏｘｆｏｒｄ、１９８７年、Ｃｈａｐｔｅｒ ２
【非特許文献１８】Ｆ．ブロッホ及びＡ．ジガート著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．、１９４０年、５７、５２２
【非特許文献１９】Ｌ．エムズリー及びＧ．ボーデンハウゼン著、Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１９９０年、１６８、２９７
【非特許文献２０】Ｋ．Ｔ．サムマネン著、Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ａ．、１９９１年、１５５、３３５
【非特許文献２１】Ｕ．エーベルレン及びＪ．Ｓ．ウォー著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ．、１９６８年、１７５、４５３
【非特許文献２２】Ｗｏｌｆｒａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ７．０、Ｗｏｌｆｒａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．、Ｃｈａｍｐａｉｎ、２００８年
【非特許文献２３】Ｊ．ディトマー及びＧ．ボーデンハウゼン著、ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ．、２００４年、５、１７５０
【非特許文献２４】Ｊ．ディトマー及びＧ．ボーデンハウゼン著、ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ．、２００６年、７、８３１
【非特許文献２５】Ｍａｌｃｏｌｍ Ｈ． ＬｅｖｉｔｔがプログラムしたＭａｔｈｅｍａｔｉｃａ用のｍＰａｃｋａｇｅｓコード（ｗｗｗ．ｍｈｌ．ｓｏｔｏｎ．ａｃ．ｕｋで入手可能）
【非特許文献２６】Ｂ．ミシュラ及びＥ．Ｃ．Ｇ．スダルシャン著、Ｊ．Ｍａｔｈ． Ｐｈｙｓ．、１９７７年、１８、７５６
【非特許文献２７】Ｈ．ナカザト、Ｍ．ナミキ、Ｓ．パスカジオ及びＨ．ラウホ著、Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ａ、１９９５年、１９９、２７
【非特許文献２８】Ｄ．ホーム及びＭ．Ａ．Ｂ．ウィタカー著、Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２５８、１９９７年、２３７
【非特許文献２９】Ｋ．コシノ及びＡ．シミズ著、Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｐｏｒｔｓ ４１２、２００５年、１９１
【非特許文献３０】Ｊ．Ｍ．レイモンド、Ｃ．セイリン、Ｓ．グレーズ、Ｉ．ドツェンコ、Ｍ．ブリュヌ、Ｓ．ハロシ、Ｐ．ファッキ及びＳ．パスカジオ著、Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．１０５、２０１０年、２１３６０１
【非特許文献３１】Ｇ．ボーデンハウゼン及びＲ．フリーマン及びＧ．Ａ．モリス著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．２３、１９７６年、１７１
【非特許文献３２】Ｇ．Ａ．モリス及びＲ．フリーマン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ． ２９、１９７８年、４３３
【非特許文献３３】Ｐ．カラヴァティ、Ｇ．ボーデンハウゼン及びＲ．Ｒ．エルンスト著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．５５、１９８３年、８８
【非特許文献３４】Ｖ．フィッツトゥーム、Ｍ．カポリニ、Ｓ．オルゼゲア及びＧ．ボーデンハウゼン著、Ｊ．Ｍａｇｎ． Ｒｅｓｏｎ．、近刊
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、等核カップリングのデカップリングの効果的で速い方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
持続時間がτｐである１つ又は複数のティックリングＲＦ（無線周波数）パルスが、各滞留時間Δｔ内に加えられ、ティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が
【数１】
と＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝１０πＪとの間にあり、ここでＪはスカラーＪ結合定数であり、ω１＝γＢ１であって、γは磁気回転比であり、Ｂ１は各ティックリングＲＦパルスの磁気成分の強度であり、これによって、この目的が達成される。
【０００８】
データ点を取得している間の時間間隔（滞留時間）において、短いが極めて強い無線周波数（ＲＦ）の「ティックリング」パルスを加えることにより、溶液の高解像度ＮＭＲスペクトルにおけるＪカップリングスピン系での等核スカラー相互作用のデカップリングを実現することができる。平均ＲＦ場振幅、すなわちデューティサイクルでスケーリングされたピーク振幅は、条件＜ω１＞≒πＪをほぼ満たさなければならない。この方法が機能するには、＜ω１＞が（π／１０）Ｊと１０πＪの間であれば、十分と考えられる。この方法は、Ｊカップリングした核ペアの間での広範囲にわたる化学シフトの差について有効である。
【０００９】
本発明は、一連の短いＲＦパルスを加えることにより、等核スカラー相互作用を取り除くための１Ｄ技法を提示する。この方法は、フーリエ分光法とティックリング分光法の組合せと見なしてもよい。不適切な（ＩＮＥＰＴ）及び不十分な（ＩＮＡＤＥＱＵＡＴＥ）など控えめな頭辞語を念頭に、我々の方法をＷｉｎｄｏｗ−Ａｃｑｕｉｒｅｄ Ｓｐｉｎ Ｔｉｃｋｌｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ（ＷＡＳＴＥ）と呼びたい。この新規の方法は、適度に強く結合したスピン系から適度に弱く結合したスピン系までの一連の試料の陽子スペクトルに対して試験されてきた。
【００１０】
本発明の好ましい変形形態
この発明性のある方法の好ましい変形形態は、ティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が条件である＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝πＪを満たすことを特徴とする。この方法は、ほぼπＪに達する＜ω１＞の値であれば正確に動作するように思えるが、＜ω１＞＝πＪが最適条件であることが分かる。
【００１１】
この発明性のある方法のさらなる有利な変形形態は、ティックリングパルスの持続時間τｐが０．１μｓと２０μｓの間にあり、好ましくは約１μｓであることを特徴とする。ティックリングＲＦパルスの持続時間が短かったり長かったりすると、望ましくない副次的影響が生じるものと思われる。
【００１２】
滞留時間毎に一度取得されるデータ点が、フーリエ変換によってあるスペクトルに変換される場合、そのことは有利である。
【００１３】
この発明性のある方法の他の好ましい変形形態では、持続時間τｐのＭ個のティックリングＲＦパルスが、複数の滞留時間Δｔの各々の時間内に任意に加えられ、滞留時間Δｔ内の各ティックリングＲＦパルスが、ティックリングＲＦパルスの互いに異なるコームＣｍに属しており、ｍは正の整数で１≦ｍ≦Ｍであり、同じコームＣｍに属している全てのティックリングＲＦパルスが、互いに等距離の関係にある。
【００１４】
複数のティックリングパルスは、各滞留時間内に加えられ、グループ化されて複数のコームにすることができ、ティックリングＲＦパルスは互いに等距離にある。
【００１５】
この変形形態のさらなる変形形態は、同じコームＣｍに属している各ティックリングＲＦパルスの位相が、ある滞留時間から次の滞留時間まで一定の係数分だけシフトされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この変形形態により、いくつかのスピン系を同時にデカップリングすることが可能になる。
【００１７】
本発明を以下の図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ティックリングＲＦパルスの応用を示す、フーリエティックリングの実験用の方式を示す図である。
【図２】連続的なスピンロッキングが達成されるまで、２μｓのステップでパルス長τｐが徐々に増大するように、下から上に積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルを示す図である。
【図３】図２と同様に積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルであるが、パルス長０≦τｐ≦２．２５μｓでの増分が０．２５μｓと、より小さいものを示す図である。最良のデカップリングは、τｐ＝１μｓ（下から５番目のスペクトル）のときに生じる。
【図４】ティックリングパルスのＲＦ場の強度が０≦ω１／（２π）≦５０ｋＨｚの範囲にわたって２ｋＨｚの２５ステップで増大するときの、下から上に積み重ねされたシミュレーション済みのスペクトルのセットを示す図である。ティックリングパルス長はτｐ＝１μｓ（デューティサイクル１％）であり、オフセットはΩｘ／（２π）＝１ｋＨｚであり、カップリング定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚである。スピンＸの真のオフセットが鎖線で示してある。
【図５】図４と同様であるが、１％のデューティサイクルで０≦ω１／（２π）≦４．７５ｋＨｚの限定された範囲にわたって、より小さい０．２５ｋＨｚの２０ステップで積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルを示す図である。
【図６】下から上に積み重ねられた、オフセットがΩＩ／２π＝０及びΩＳ／２π＝５０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、及び６００Ｈｚについてのシミュレーションを示す図である。ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであった。ティックリングＲＦ場の強度は、１％のデューティサイクルでω１／（２π）＝２．５ｋＨｚであり、Ｊカップリング定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚであった。全てのスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【図７】図６と同様であるが、より弱いＲＦティックリング場ω１／（２π）＝０．８ｋＨｚについてのシミュレーション済みのスペクトルを示す図である。
【図８】ＪＡＸ＝１０Ｈｚ及びΔｔ＝１００μｓを用いて式２の平均ハミルトニアン理論によって計算された、非共鳴スピンＸの多重線を示す図である。黒い鎖線は、ＲＦ照射がない場合の非摂動二重線を示す。黒い破線は、式６の条件に合うよう持続時間がτｐ＝１μｓでＲＦの振幅がω１／（２π）＝０．５ｋＨｚのティックリングパルスを使用する結果として生じるスペクトルを示す。黒い実線は、２倍のＲＦ振幅、すなわちω１／（２π）＝１ｋＨｚを使用する結果として生じる改善されたスペクトルを示す。１Ｈｚの線の広がりが適用された。計算はＭａｔｈｅｍａｔｉｃａを用いて実行された（非特許文献２２参照）。
【図９】以下のパラメータ、すなわちデューティサイクル１％でΩＡ／（２π）＝０、Ωｘ／（２π）＝１ｋＨｚ、ＪＡＸ＝１０Ｈｚ、ω１／（２π）＝３．５ｋＨｚ、τｐ＝１μｓ、Δ＝１００μｓであり、また、ｎ＝２５２２の観測点での、図１のフーリエティックリング実験に供される２スピン系での部分空間
【数２】
に属する３つの積演算子（それぞれ、長いバーの破線、短いバーの十字線及び破線で示す）のシミュレーションを示す図である。これら３つの演算子のノルム（黒い閉線）が一定に保たれており、変化がこの部分空間に制限される。フーリエ変換を実行すると、期待値の浅い振幅変調
【数３】
により、図２に示すような「ティックリングサイドバンド」が生じる。このシミュレーションは、ｍＰａｃｋａｇｅｓを用いて実行した（非特許文献２５参照）。
【図１０】ａ）５００ＭＨｚでのＤＭＳＯ−ｄ６中の２，３−ジブロモチオフェンの従来のＮＭＲスペクトル、ｂ）左側にある二重線で、波形矢印で示された搬送周波数と同じ試料のティックリングスペクトルを示す図である。２つの化学シフトの間の差は３０５Ｈｚであり、結合定数はＪＡＸ＝５．８Ｈｚである。ティックリングパルスの長さは、滞留時間Δｔ＝５０μｓ（デューティサイクル２％）においてτｐ＝１μｓであった。ティックリング場強度は、ω１／（２π）≒９１０Ｈｚであった。両方のスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【図１１】ａ）ＣＤＣｌ３中の２，３，６−トリクロロフェノールの従来のＮＭＲスペクトル、ｂ）搬送周波数が波形矢印で示した共振上にある状態での同じ試料のティックリングスペクトルを示す図である。２つの化学シフトの間の差は９８Ｈｚであり、結合定数はＪＡＸ＝８．７Ｈｚである。ティックリングパルスの長さは、滞留時間Δｔ＝５０μｓ（デューティサイクル２％）においてτｐ＝１μｓであった。ティックリング場強度は、ω１／（２π）≒２４０Ｈｚであった。両方のスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。約７．３ｐｐｍでの一重線は、溶媒の残留ＣＨＣｌ３から生じる。
【図１２】以下のａ）〜ｄ）を示す図である。ａ）５００ＭＨｚでのＤ２Ｏ中の１−プロパノールのＡ２Ｍ２Ｘ３システムの従来のＮＭＲスペクトル。ｂ）搬送周波数（波形矢印）がＡ２共振上にある場合に得られるティックリングスペクトル。差込み図には、カップリングの相手側Ｍ２の多重線を単純化したものが示してあり、これは単純な四重線になる。ｃ）搬送周波数（波形矢印）がＸ３共振上にある状態でのティックリングスペクトル。差込み図には、カップリングの相手側Ｍ２の多重線を単純化したものが示してあり、これは次に単純な三重線として現れる。ｄ）搬送周波数（波形矢印）がＭ２の中央の多重線上にある状態でのティックリングスペクトルであり、完全にデカップリングした３つの一重線になっている。ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであり、ティックリング場強度は、あらゆる場合においてω１／（２π）≒１．６ｋＨｚであった。全てのスペクトルは、差込み図に示された、線の広がりが使用されなかった拡大したものを除いて、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【図１３】ａ）４００ＭＨｚでのＡＭＸシステムの従来のＮＭＲスペクトルのシミュレーション、ｂ）搬送周波数（波形矢印）がスピンＭの中央共振から−４０Ｈｚ共振がずれている２パルスティックリング実験で得られるティックリングスペクトルを示す図である。照射すべき所望のオフセットによって各ティックリングパルスの位相を増加させることにより、完全にデカップリングしたスペクトルが得られる。デューティサイクル１％においてティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであり、ティックリング場強度は、両方のパルスについてω１／（２π）＝１．５ｋＨｚであった。全てのスペクトルは、１Ｈｚの線の広がりで処理された。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、フーリエティックリング実験のスキームが示してある。背の高い長方形は、初期の励起パルスを表しており、小さい長方形は、ｘ軸に沿って加えられる、持続時間がτｐのティックリングパルスを表している。黒い点は、単一のデータ点の取得を表している。受信機が絶えず動作している場合、受信機が作動された時間間隔において取得される全てのデータ点にわたって平均することにより、このデータ点が得られる。ループをｎ回繰り返してｎ個のデータ点を取得することにより、駆動誘導減衰（ＤＩＤ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃａｙ）が構築される。
【００２０】
データ点を取得している間に、短くただし極めて強い無線周波数（ＲＦ）の「ティックリング」パルス（典型的には、持続時間がτｐ＝１μｓで、ＲＦ振幅が２＜ω１Ｊ／（２π）＜３ｋＨｚ）を加えることにより、結合したスピン系における等核スカラー相互作用ＪＡＸのデカップリングを実現することができる。これらは、所望のスペクトル幅が１０Ｈｚである場合は、典型的にはΔｔ＝１００μｓであり得る時間間隔（「滞留時間」）によって分離される。以下で説明するように、平均ＲＦ場振幅＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔは、条件＜ω１＞＝πＪをほぼ満たさなければならない。搬送周波数ωｒｆを化学シフトΩＡ上に配置することにより、スピンＡを「ティックリングする」場合、ＪＡＸによる微細構造が、Ａ多重線とＸ多重線の両方において崩壊する。ＪＡＸ＝０Ｈｚの「線形」のＡＭＸ３スピンシステムでは、中央スピンＭをティックリングすることにより、相互作用ＪＡＭとＪＭＸの両方をなくすことができる。その結果、３つの多重線全てが崩壊し、等方性化学シフトΩＡ、ΩＭ及びΩＸにおいて、スペクトルは３つの１重線のみを示す。しかし、スピンＭのみがティックリングされる、ＪＭＸ≠０である一般のＡＭＸ３スピンシステムでは、非照射のＡスピンとＸスピンの両方についてＪＡＸによる多重度が維持される。
【００２１】
図１に示すシーケンスでは、初期の９０°のパルス及びティックリングパルスの位相が、それぞれｙ軸とｘ軸に沿っている場合を考える。フーリエ分光法では常のごとく、ナイキスト条件を満たすよう、所望のスペクトル幅に反比例する規則的な時間間隔Δｔ（滞留時間）で信号が観測される。長さがτｐで一定のＲＦ振幅ω１＝γＢ１を有するティックリングパルスが、各Δｔ間隔の中央付近で加えられる。所望の数の点を得るまでｎ回ループを繰り返すことにより、いわゆる駆動誘導減衰（ＤＩＤ）を得ることができる。ＳＩＭＰＳＯＮプログラムを用いて数値シミュレーションが実行された（非特許文献１６参照）。この研究では緩和効果は考慮されなかった。ティックリングパルスのＲＦ搬送波は、スピンＡとの共振上にあり（すなわち、ωｒｆ＝ωＡ）、したがってこの相殺によって消滅する（ΩＡ＝ωＡ−ωｒｆ＝０）。したがって、ωｒｆ＝ωＡと同期して回転するゼーマンフレームでは、ハミルトニアンは以下の通りである。
【数４】
ここで、ティックリングパルス期間中を除けば、第３項は消える。
【００２２】
図２は、連続的なスピンロッキングが達成されるまで、２μｓのステップでパルス長τｐが徐々に増大するように、下から上に積み重ねられたシミュレーション済みのティックリングスペクトルを示す。ＲＦ電磁場強度は、ω１／（２π）＝２．５ｋＨｚである。オフセットは、ΩＡ／（２π）＝０Ｈｚ、ΩＸ／（２π）＝１ｋＨｚであり、結合定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚである。スピンＸのオフセットが鎖線で示してある。全てのスペクトルは１Ｈｚの線の広がりで処理されたが、それというのも、そうしなければ共振上の線は非常に狭く、背が高くなるからである。
【００２３】
非特許文献１７におけるリュウヴィルフォンノイマンの式を使用して、密度行列の変化を数値的に評価することができる。図２で、滞留時間Δｔを一定に保ちながらパルス長τｐを徐々に増大させることにより、ティックリングパルスの長さτｐの効果を調査した。ティックリングパルスの長さτｐが増大するにつれて、ΩＡ＝０Ｈｚで共振しているスピンＡの信号の両側に対称に配置された信号が現れる。共振していないスピンＸのオフセットも摂動し、搬送波周波数から「外れている」ように見える。これは、非特許文献１８〜２０におけるブロッホ・ジガート効果を表したものである。見かけ上の化学シフトは以下の通りである。
【数５】
＜ω１＞＜＜ΩＸであるため、＜ω１＞／ΩＸ＝０の周りで級数展開して最初の２項をとると、
【数６】
となる。ここで、＜ω１＞２／（２ΩＸ）の比は、系統的誤差をラジアン／秒で示す。通常、１０ｋＨｚのスペクトル幅でτｐ＝１μｓ且つΔｔ＝１００μｓの場合、ＲＦのデューティサイクルはτｐ／Δｔ＝０．０１＝１％になる。ＲＦ振幅がω１／（２π）＝２．５ｋＨｚであり、結合パートナーのオフセット量がΩＸ／（２π）＞１ｋＨｚ（すなわち、５００ＭＨｚで２ｐｐｍ超、又は１ＧＨｚで１ｐｐｍ超）であると考えると、以下の系統的誤差が生じる。
【数７】
すなわち、共振していないスピンＸの見かけ上のオフセットは、ほとんど摂動しない。必要に応じて、ティックリングスペクトル内で観測される見かけ上の化学シフトを、これらのブロッホ・ジガートの効果について訂正してもよい。
【数８】
ここで、右手側の
【数９】
でΩＸを単に置換した。（ティックリング場がない場合に生じる円形の軌跡とは対照的に）回転フレームの赤道面での磁化の軌跡の投影は楕円形であり、したがって、振幅が等しくない二重反転する２つの成分に分解することができるという事実から、図２の搬送波周波数に対して対称の位置に現れる信号を説明することができる。ω１＞＞ΩＸの場合、両方のスピンに関連する磁化の変化は、＜ω１＞＝ω１（スピンロッキング）のとき、連続的な照射に限界にまで完全に抑制されることになり、その結果、ΩＡ＝０Ｈｚでの単一の無変調信号が見込まれる。図２での最上部のスペクトルは、この限界のケースに近づいており、ここで２つのスピンは事実上磁気的に同等である。
【００２４】
図３を見て分かるように、これは図２の部分拡大図を示しているが、ティックリングパルスの長さがτｐ＝１μｓであるとき、両方の共振について理想的なデカップリング効果が実現される。パルスの持続時間τｐが低減する場合、各一重線には、振幅が増大する２つの「ティックリングサイドバンド」が隣接しているように見える。共振スピンＡ及び非共振スピンＸの両方の多重線の構造が、０≦τｐ≦２．２５μｓにおいて非常に類似したままであることに留意されたい。
【００２５】
図４に示したように、シミュレーションによりＲＦ場強度の役割をさらに調査した。場の強度が０≦ω１／（２π）≦５０ｋＨｚの範囲で徐々に増大したのに対し、ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓ及びオフセットΩＸ／（２π）＝１ｋＨｚに固定されていた。Ａスピン共振はＲＦ場強度とは関係なくきれいにデカップリングしているように見えるが、ＲＦ場強度が１２ｋＨｚを超えて増大するにつれて、非共振Ｘスピンは紛らわしい分裂を示す。ＲＦ場強度が増大するにつれて、Ｘスピン共振の歪みは劣化する。
【００２６】
しかし、図５の拡大図で理解できるように、ティックリングサイドバンドは、τｐ＝１μｓ及びΩＸ／（２π）＝１ｋＨｚの場合に、２＜ω１／（２π）＜４ｋＨｚの範囲で大きく抑圧される。デカップリングの効率は、スピンＸのオフセットにも依存する。数値シミュレーションによると、強く結合したスピン系では、すなわち化学シフトの差がたとえば１０Ｈｚよりも小さい場合には、デカップリングが失敗することが分かる。
【００２７】
図６には、オフセット量が５０＜ΩＸ／（２π）＜６００Ｈｚであり、ＲＦ場強度がω１／（２π）＝２．５ｋＨｚである場合の、１組のティックリングスペクトルが示してある。デカップリングの飛躍的改善、すなわち、化学シフトの差が増大するにつれてＸ信号の強度の増大が観測される。この差が１００Ｈｚよりも小さいとき、すなわち５００ＭＨｚにおいて０．２ｐｐｍよりも小さいとき、デカップリングの効率は損なわれるように見える（１１．７Ｔ）。
【００２８】
図７では、ＲＦ電磁場強度がより低くω１／（２π）＝８００Ｈｚであり、やはりデューティサイクルが１％の場合の、同様のシミュレーションが示してある。ティックリングサイドバンドの強度は図６の場合よりはるかに高いが、５０Ｈｚ、又は５００ＭＨｚにおいて０．１ｐｐｍの小さなオフセットについて、適切なデカップリングを実現することができる。したがって、逆説的に言えば、強くカップリングしたスピン系で効率的なデカップリングを実現するには、低いＲＦティックリング強度が求められる。
【００２９】
非特許文献２１によると、スピンティックリングのデカップリング効果は、平均ハミルトニアン理論の観点から合理的に説明することができる。非特許文献２２のＭａｔｈｅｍａｔｉｃａを用いて実行されるシミュレーションにより、図１のパルスシーケンスを記述するマグヌス展開の０次項のみを考慮するとき、デカップリング効果はすでに観測されることが分かる。２つのスピン系の積ベースでの、この項の行列表示は以下の通りである。
【数１０】
【００３０】
非対角要素ｃ＝ω１τｐ／（２Δｔ）＝＜ω１＞／２は、位相ｘのティックリングパルスに対応し、デューティサイクルτｐ／Δｔに比例する。その他の要素ａ＝（ΩＸ＋πＪ）／２及びｂ＝（ΩＸ−πＪ）／２は、オフセット及びＪカップリング相互作用を記述し、デューティサイクルには依存しないが、それというのも、自由歳差期間中とティックリングパルス中の両方において、これらの相互作用の下での変化が発生するからである。この行列の固有値は、期間Δｔでストロボのようにスピン演算子の期待値をサンプリングするときの、２スピン系のエネルギー準位を表す。
【００３１】
固有値の差によって遷移周波数が与えられる。ティックリングパルスがない場合、各スピンに関連する２つの単一量子遷移間の周波数差Δνは、結合定数ＪＡＸになる。すなわち、Δν＝２πＪＡＸである。周波数差Δν（ｃ）＝０を導くｃの値を識別することにより、ＪＡＸ分裂が崩壊する条件が見つかることになる。
【数１１】
の固有値はやや複雑だが、等式Δν（ｃ）＝０を解くことにより、以下のコンパクトな結果が得られる。
【数１２】
【００３２】
したがって、所与の結合定数ＪＡＸについては、時間間隔Δｔで周期的に観測する場合に分裂が消失するよう、平均ＲＦ場強度＜ω１＞、すなわち、ピークＲＦ場強度ω１及びティックリングパルスの持続時間τｐを選択することが可能である。式６を書き直して、β＝ω１τｐ＝±πＪＡＸΔｔを得ることができる。したがって、各ティックリングパルスのフリップ角βは、滞留時間ΔｔでのＪカップリング相互作用の下で任意のＲＦ摂動がない場合に、各二重線の２つの成分の単一量子のコヒーレンスが互いに対して変化することになる角度の半分に等しくなければならない。
【００３３】
図８には、初期の密度演算子
【数１３】
で始まる式５の平均ハミルトニアンを使用する、非共振スピンＸの多重線の数値計算が示してある。ティックリングパルスの長さはτｐ＝１μｓであり、結合定数はＪＡＸ＝１０Ｈｚであった。ω１／（２π）＝０Ｈｚのとき、非摂動二重線が観測される（黒い点線）。τｐ＝１μｓ、Δｔ＝１００μｓ、及びω１／（２π）＝０．５ｋＨｚで式６の条件が満たされるときに得られる多重線が破線で示されている。すなわち、わずかなブロッホ・ジガート効果によってわずかに変位するが、非摂動スペクトルの各ピークに相当する強度を有する中央のピークがΩＸ＝１ｋＨｚで現れる。さらに、一重線のピークの約半分の強度を有する、２つのティックリングサイドバンドが現れる。ＲＦ振幅がω１／（２π）＝１．０ｋＨｚまで増大するとき（実線で示してある）、ティックリングサイドバンドは、ΩＸから対称に遠ざかり、強度を失う。
【００３４】
式６の条件Δν（ｃ）＝０は２のファクターだけ相違しているが（ｖｉｏｌａｔｅｄ ｂｙ ａ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ２）、中央のピークの強度が増大する。したがって、ＲＦ振幅ω１が増大するとき、式６の相違によって誘起される単一量子遷移間の分裂は、中央のラインを著しく広げることはないが、ティックリングサイドバンドは低減する。３つの全てのスペクトルの全体が保存される。
【００３５】
（サンプリングがストロボのように実行されることを条件として）式（１）の平均ハミルトニアンでのスカラー結合項を無効にする要求は、密度演算子の変化の自由度を厳しく抑えなければならないことを意味する。簡単に言えば、
【数１４】
や
【数１５】
などの同相項から始める場合、効率的なデカップリングとは、これらの初期状態の
【数１６】
や
【数１７】
など逆位相項への変換を不可能にしなければならないことを意味する。
【数１８】
から始める場合、且つオフセットΩＡが消失する場合、コヒーレンス転移は、非可換演算子
【数１９】
の３つ組におよぶリュウヴィル部分空間に制約されることになる。
【００３６】
図９には、これら３つの積演算子及びそれらのノルムの時間依存性のシミュレーションが示してあり、通常のティックリング実験中の
【数２０】
として定義されている（実線）。これら３つの演算子のノルムは一定なので、コヒーレンス転移は、非可換演算子の３つ組がおよぶ部分空間に制限しなければならない。同相項
【数２１】
から始める場合、Ｊカップリングは、この同相項を逆相演算子
【数２２】
に変換する傾向があるが、このプロセスは、ティックリングパルスにより、
【数２３】
を縦２−スピンオーダー
【数２４】
に変換することによって停止する。その結果、同相項
【数２５】
の振動が最小限に保たれる。これにより、デカップリングが成功する。同様の現象が互いに異なる背景で観測され、「複数のリフォーカシングパルスの下におけるコヒーレンスの３つ組内での相互変換による安定化」（ＳＩＴＣＯＭ）と呼ばれた（非特許文献２３、２４参照）。もちろん、ここで提示されたティックリング実験では、短いパルスはリフォーカシング効果をもたないが、安定化効果は同様である。
【００３７】
類似性については強引ではあると思われるが、フーリエティックリングにより、連続射影測定と同様の効果が実現され、システムは単一の状態には制限されず、ヒルベルト空間の多次元部分空間においてそのハミルトニアンの作用の下で変化する。これらの類似性に照らし合せると、実現可能な変形形態について熟考することは有益になり得る（非特許文献２６〜３０参照）。
【００３８】
全ての実験は、静的な場Ｂ０＝１１．７Ｔ（陽子については５００ＭＨｚ）で実行された。この場では、ＤＭＳＯ−ｄ６中の２，３−ジブロモチオフェンの２つの陽子が、（ΩＡ−ΩＸ）／（２π）≒３０５Ｈｚ且つＪＡＸ≒５．８Ｈｚで弱く結合している。
【００３９】
図１０では、非摂動スペクトルが、最良のティックリングスペクトルと比較される。搬送周波数が、波形矢印で示すように、左手側の共振上にあった。実験的にω１／（２π）≒９００Ｈｚに最適化されたティックリング場強度で、ティックリングサイドバンドの良好なデカップリング及び最小限の干渉が得られる。
【００４０】
図１１には、アスタリスクでマークされた溶媒のピークを重畳した、２，３，６−トリクロロフェノールの強く結合したＡＢシステムのスペクトルが示してある。
【００４１】
図１０におけるＡＸシステムとは対照的に、ティックリングサイドバンドによっては、図１１における強く結合したＡＢシステムにおいて明確に現れて見える。この望ましくない効果は、図７の数値シミュレーションで強調された。
【００４２】
それにもかかわらず、合理的なデカップリング効率が実現する。化学シフトにおける小さな差については、弱いＲＦ場振幅を使用しなければならない。１−プロパノール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）のＡ２Ｍ２Ｘ３システムと同様に、分子が磁気的に同等なスピンを含む場合に、ティックリングも機能する。
【００４３】
従来のスペクトル、及び搬送周波数が３つの多重線のうちの１つにあるティックリングスペクトルが、図１２で示されている。搬送周波数がＡ２の化学シフトにある場合、結合パートナーＭ２の多重度が３ＪＡＭのデカップリングによって簡略化されるが、差込み図に示すように、３ＪＭＸによる微細構造は影響を受けない。搬送周波数がＸ３の化学シフトにある場合、結合パートナーＭ２の多重度が３ＪＸＭのデカップリングによって簡略化されるが、図１２ｃの差込み図に示すように、３ＪＡＭによる微細構造（三重線）はそのままである。明らかに、ティックリングは、照射されたスピンとそのＪカップリングパートナーとの間の全てのＪ相互作用をデカップリングすることができる。明らかに、ティックリングは、照射されていないスピン間のカップリングには影響を及ぼさない。図１２ｄで、搬送周波数はＡ２Ｍ２Ｘ３システムのＭ２共振上にあった。Ｍ２スピンは、３ＪＡＸ＝０の状態でＡ２とＸ３の両方に結合しているので、３つの共振全てが、この場合にデカップリングしているように見える。これらの結果により、磁気的に同等なスピンの存在は、ティックリング実験での性能を損なわないことが分かる。さらに、考慮に入れた３つの試料全てにおいて、ティックリングスペクトル全体に異常は観測されなかった。
【００４４】
シフトｋΔφを介してｋ番目の滞留時間ΔｔにおけるコームＣのｋ番目のパルスの位相を進めることにより、パルスのコームＣの中心帯の有効周波数を、搬送周波数νｒｆからν＝νｒｆ＋Δφ（２πΔｔ）に自在にシフトできることがよく知られている。非特許文献３１〜３４による、いわゆる「ｄｅｌａｙｓ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎｕｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔａｉｌｏｒｅｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ」（ＤＡＮＴＥ）とともに、このような位相変調の手法が使用されてきた。持続時間τｐのティックリングパルスの期間Δｔ内での位置は任意の１つのコームＣに属しているが、重要ではないので、ティックリングパルスのいくつかのコームＣｍ（ｍ＝１、２、．．．Ｍ）を容易に重畳することができ、この各コームは、それ自体の位相シフトｋΔφｍと、したがって、それ自体の周波数シフトとに関連し得る。各滞留時間Δｔには、コーム毎にティックリングパルスをただ１つ含む。様々なコームＣｍに属する、滞留時間Δｔ内のティックリングパルスは、等距離である必要はない。これにより、図１３のシミュレーションに示すように、事実上、数多くの周波数で同時に照射することができるようになる。
【００４５】
この方法は、広範囲の化学シフトにわたって有効である。メチレン基及びメチル基で生じる磁気的に同等なスピンのグループを、効率的にデカップリングすることができる。信号全体を歪ませることなく、解像度及びスペクトルの簡略化における著しい改善をこのように得ることができる。この新規の実験道具は、生体高分子を含め、複雑なシステムの特性を決定する一助となることができると考える。各Δｔ期間に数多くの多色ティックリングパルスを挿入することにより、いくつかのサブシステムを同時にデカップリングすることができる。
【００４６】
この新規のティックリング法により、干渉を回避することができるようになり、また複数の周波数による照射で、いくつかの相互作用を同時にデカップリングすることができるようになる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起パルスを印加すると共に、データ点を取得する高解像度ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定方法であって、滞留時間Δｔだけ間隔を空けて２つの連続したデータ点を取得する方法において、
持続時間がτｐである１つ又は複数のティックリングＲＦ（無線周波数）パルスを、各滞留時間Δｔ内に加え、且つ
前記ティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が、
【数２６】
と＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝１０πＪとの間にあり、ここでＪはスカラーＪカップリング定数であり、ω１＝γＢ１であって、γは磁気回転比であり、Ｂ１は各ティックリングＲＦパルスの磁気成分の強度であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ティックリングＲＦパルスの各々の前記平均ＲＦ場振幅が、条件＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝πＪを満たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ティックリングパルスの前記持続時間τｐが０．１μｓと２０μｓの間にあり、好ましくは約１μｓであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
滞留時間Δｔ毎に一度取得されるデータ点が、フーリエ変換によってスペクトルに変換されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
持続時間τｐのＭ個のティックリングＲＦパルスが、複数の滞留時間Δｔの各々の時間内に任意に加えられること、
各滞留時間Δｔ内の各ティックリングＲＦパルスが、ティックリングＲＦパルスの互いに異なるコームＣｍに属しており、ｍが正の整数で１≦ｍ≦Ｍであること、及び
前記同じコームＣｍに属している全てのティックリングＲＦパルスが、互いに等距離にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記同じコームＣｍに属している各ティックリングＲＦパルスの位相が、ある滞留時間から次の滞留時間まで一定の係数分だけシフトされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項１】
励起パルスを印加すると共に、データ点を取得する高解像度ＮＭＲ（核磁気共鳴）の測定方法であって、滞留時間Δｔだけ間隔を空けて２つの連続したデータ点を取得する方法において、
持続時間がτｐである１つ又は複数のティックリングＲＦ（無線周波数）パルスを、各滞留時間Δｔ内に加え、且つ
前記ティックリングＲＦパルスの各々の平均ＲＦ場振幅が、
【数２６】
と＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝１０πＪとの間にあり、ここでＪはスカラーＪカップリング定数であり、ω１＝γＢ１であって、γは磁気回転比であり、Ｂ１は各ティックリングＲＦパルスの磁気成分の強度であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ティックリングＲＦパルスの各々の前記平均ＲＦ場振幅が、条件＜ω１＞＝ω１τｐ／Δｔ＝πＪを満たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ティックリングパルスの前記持続時間τｐが０．１μｓと２０μｓの間にあり、好ましくは約１μｓであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
滞留時間Δｔ毎に一度取得されるデータ点が、フーリエ変換によってスペクトルに変換されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
持続時間τｐのＭ個のティックリングＲＦパルスが、複数の滞留時間Δｔの各々の時間内に任意に加えられること、
各滞留時間Δｔ内の各ティックリングＲＦパルスが、ティックリングＲＦパルスの互いに異なるコームＣｍに属しており、ｍが正の整数で１≦ｍ≦Ｍであること、及び
前記同じコームＣｍに属している全てのティックリングＲＦパルスが、互いに等距離にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記同じコームＣｍに属している各ティックリングＲＦパルスの位相が、ある滞留時間から次の滞留時間まで一定の係数分だけシフトされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２４８７５（Ｐ２０１３−２４８７５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１５９６９５（Ｐ２０１２−１５９６９５）
【出願日】平成２４年７月１８日（２０１２．７．１８）
【出願人】（５９１１４８０４８）ブルーカー バイオシュピン アー・ゲー (53)
【出願人】（５１２０６１３３１）
【氏名又は名称原語表記】Ｅｃｏｌｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｆｅｄｅｒａｌｅ ｄｅ Ｌａｕｓａｎｎｅ （ＥＰＦＬ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５９６９５（Ｐ２０１２−１５９６９５）
【出願日】平成２４年７月１８日（２０１２．７．１８）
【出願人】（５９１１４８０４８）ブルーカー バイオシュピン アー・ゲー (53)
【出願人】（５１２０６１３３１）
【氏名又は名称原語表記】Ｅｃｏｌｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｆｅｄｅｒａｌｅ ｄｅ Ｌａｕｓａｎｎｅ （ＥＰＦＬ）
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