DE102016203891A1

DE102016203891A1 - Verfahren zur Durchführung einer NMR-Messung, Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer und NMR-Spektrometer-Anordnung

Info

Publication number: DE102016203891A1
Application number: DE102016203891.5A
Authority: DE
Inventors: Fritz Huber; Volker Pfahlert; Martin Reinhard Arnold
Original assignee: Numares AG
Current assignee: Numares AG
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: EP3427075B1; DE102016203891B4; HUE051975T2; WO2017153337A3; US20190107592A1; US11175361B2; ES2817549T3; WO2017153337A2; EP3427075A2; PL3427075T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer NMR-Messung an einer in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe unter Verwendung eines NMR-Spektrometers, die folgenden Schritte umfassend: a) Zuführen eines ersten Messprobenröhrchens (5) in eine Führungsrichtung (GD) in einen Vormessbereich (60), der sich in der Führungsrichtung (GD) vor einem Messbereich (40) des NMR-Spektrometers befindet, wobei der Vormessbereich (60) zum Messen eines Probenparameters einer in dem ersten Messprobenröhrchen (5) enthaltenen Probe angeordnet und ausgebildet ist, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen; b) Zuführen des ersten Messprobenröhrchens (5) in die Führungsrichtung (GD) hin zum Messbereich (40); c) Einstellen des zuvor bestimmten oder geschätzten NMR-Parameters; und d) Durchführen einer NMR-Messung der in dem ersten Messprobenröhrchen (5) enthaltenen Probe auf Basis des eingestellten NMR-Parameters. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer und eine NMR-Spektrometer-Anordnung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer NMR-Messung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, und ein optional eine derartige Probenkopfanordnung umfassendes NMR-Spektrometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Gemäß dem Stand der Technik werden NMR-Probenröhrchen einzeln in den Probenkopf eines NMR-Spektrometers vom Kopfende des Probenkopfes her eingeführt. Diese Aufgabe wird durch einen Probenkopfautomaten und einen mit Druckluft betriebenen Probenröhrchen-Lift erledigt. Jedes NMR-Probenröhrchen enthält eine in dem NMR-Spektrometer zu messende Probe. Eine gewünschte Messtemperatur dieser Probe wird in dem Messbereich des Probenkopfes des NMR-Spektrometers angepasst. Außerdem werden NMR-Parameter wie Tune- Parameter, Match-Parameter und Shim-Parameter in dem Messbereich angepasst, nachdem das Probenröhrchen in den Probenkopf eingeführt wurde. Die Messung selbst findet üblicherweise mit einer eher unpräzisen Positionierung des Probenröhrchens innerhalb des Probenkopfes statt. Der Auswurf der Probenröhrchen aus dem Probenkopf findet üblicherweise entlang desselben Pfades statt wie das Einführen des Probenröhrchens in den Probenkopf, allerdings in entgegengesetzter Richtung. Bei derartigen Anordnungen befindet sich jeweils nur ein einziges Probenröhrchen in dem NMR-Spektrometer.
Das Verhältnis von Messzeit zu Probenvorbereitung und Probenzufuhr- und -Auswurfzeit in dem NMR-Spektrometer liegt in derartigen Vorrichtungen des Standes der Technik bei etwa 1 zu 5. Dieses ungünstige Zeitverhältnis ist einer der Hauptgründe dafür, dass es derzeit nicht möglich ist, NMR-Spektrometer für Hochdurchsatzprobenanalysen zu verwenden.
Es existieren weitere technische Lösungen, die einen schnelleren Probenröhrchentransport durch den Probenkopf von NMR-Spektrometern erlauben. Jedoch wurden diese technischen Lösungen nicht in den Markt eingeführt, vermutlich aufgrund von technischen Schwierigkeiten bei der Implementierung dieser Lösungen.
Die US 5,146,166 A beschreibt einen automatischen Flüssigprobenwechsler, bei dem einzelne Probenröhrchen von einer ersten Seite in den Probenkopf eines NMR-Spektrometers eingeführt werden und in der gleichen Richtung auf einer gegenüberliegenden Seite des Probenkopfes des NMR-Spektrometers ausgeworfen werden. Jedoch erlaubt diese Lösung nur das Vorhandensein eines einzigen Probenröhrchens in dem Probenkopf. Somit muss eine Temperaturäquilibrierung des Probenröhrchens innerhalb des Probenkopfes erledigt werden. Dies braucht erheblich Zeit. Außerdem ist die Probenröhrchen-Positionierung innerhalb des Probenkopfes recht unpräzise, da das Probenröhrchen auf einem Luftkissen positioniert wird.
Die WO 2004/005952 A1 beschreibt eine ähnliche NMR-Probenkopfanordnung, wobei keine strukturellen Einzelheiten dazu offenbart werden, wie einzelne Probenröhrchen innerhalb des Probenkopfes zu transportieren sind. Diese internationale Patentanmeldung offenbart vielmehr allgemein die Verwendung von Luft für den Probenröhrchentransport.
Die US 6,768,305 B1 offenbart einen Probenkopf für ein NMR-Spektrometer, in dem eine Reihe von Probenröhrchen transportiert werden kann. Der Auswurfmechanismus ist unter dem Probenkopf angeordnet, um das unterste Probenröhrchen aus einem Stapel Probenröhrchen auszuwerfen. Diese Anordnung erfordert einen zusätzlichen Mechanismus (nämlich die Auswurfvorrichtung) unter dem Probenkopf. Sie erfordert zusätzlich einen Stapel Probenröhrchen über und unter einer Hochfrequenzspule in dem Probenkopf und macht die Positionierung einzelner Probenröhrchen innerhalb des Messbereichs recht schwierig.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer bereitzustellen, die eine Hochdurchsatzprobenanalyse durch NMR-Spektroskopie ermöglicht, aber die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Durchführung einer NMR-Messung an einer in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe unter Verwendung eines NMR-Spektrometers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dieses Verfahren umfasst den Schritt des Zuführens eines ersten Messprobenröhrchens in eine Führungsrichtung hin zu einem Vormessbereich. Der Vormessbereich befindet sich in der Führungsrichtung vor einem Messbereich des NMR-Spektrometers. Der Vormessbereich dient zum Messen eines Probenparameters einer in dem ersten Messprobenröhrchen enthaltenen Probe, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen.
Die Begriffe “vor” und “davor” bezogen auf die Führungsrichtung sind im Hinblick auf eine Bewegung eines Probenröhrchens zu verstehen, das in der Führungsrichtung transportiert wird. Das Probenröhrchen erreicht zunächst eine erste Vorrichtung/einen ersten Bereich, die/der sich vor einer zweiten Vorrichtung/einem zweiten Bereich befindet, so dass die erste Vorrichtung sich in der Führungsrichtung vor der zweiten Vorrichtung/dem zweiten Bereich befindet. Auf gleiche Weise sind die Begriffe “hinter” oder “nach” auszulegen.
Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Transportierens des ersten Messprobenröhrchens in der Führungsrichtung hin zu dem Messbereich.
Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Einstellens des zuvor in dem NMR-Spektrometer bestimmten oder geschätzten NMR-Parameters.
Das Verfahren umfasst weiter den Schritt der Durchführung einer NMR-Messung der in dem ersten Messprobenröhrchen enthaltenen Probe auf Basis des eingestellten NMR-Parameters. Das heißt, die variablen Einstellungen des NMR-Spektrometers werden durch den zuvor bestimmten oder geschätzten NMR-Parameter angepasst.
Die voranstehend beschriebenen Schritte können in der oben angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden oder in jeder beliebigen anderen logisch geeigneten Reihenfolge. Beispielsweise ist es möglich, zunächst den NMR-Parameter einzustellen und dann das erste Messprobenröhrchen in der Führungsrichtung hin zum Messbereich zuzuführen. Es ist jedoch notwendig, zunächst den NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen, bevor er in dem NMR-Spektrometer eingestellt werden kann.
Ein derartiger Vormessbereich ermöglicht die Bestimmung oder Schätzung von NMR-Parametern, die in herkömmlichen NMR-Spektrometer-Anordnungen nur bestimmt oder geschätzt werden können, nachdem das Probenröhrchen in seine endgültige Messposition innerhalb des Probenkopfes des NMR-Spektrometers gebracht wurde. Solch eine Bestimmung oder Schätzung ist häufig ein zeitaufwendiger Verfahrensschritt. Wird dieser erst erledigt, nachdem das Probenröhrchen in seiner endgültigen Messposition positioniert wurde, erhöht sich die Gesamtmesszeit. Wird dieser Verfahrensschritt durchgeführt, während das Probenröhrchen in die Hochfrequenzspule des Probenkopfes eingeführt wird, ergeben sich erhebliche Zeitersparnisse.
In einer Ausführungsform ist der Vormessbereich die Messzone einer Vormessvorrichtung. Eine derartige Vormessvorrichtung dient zur Messung mindestens eines Probenparameters der in einem vor der Hochfrequenzspule positionierten Probenröhrchen enthaltenen Probe. Eine geeignete Vormessvorrichtung ist eine Kamera, eine Lichtschranke, ein Pyrosensor (auch als passiver Infrarotsensor bezeichnet) oder ein Sender und Empfänger von Hochfrequenzfeldern. Kombinationen dieser Vormessvorrichtungen sind möglich.
Eine Kamera ist gut geeignet, die Trübung, die optische Dichte und die Inhomogenität einer Probe zu messen. Außerdem kann eine Kamera dazu verwendet werden, den Füllstand des NMR-Probenröhrchens zu messen.
Eine Lichtschranke ist gut geeignet, die Höhe, den Füllstand oder die Länge des NMR-Probenröhrchens und/oder die Transparenz, jedwede Gasblasen (wie etwa Luftblasen) oder jedwede Verunreinigungen der in dem NMR-Probenröhrchen enthaltenen Probe und/oder eine richtig positionierte NMR-Probenröhrchenkappe oder Risse oder Kratzer in dem Material des NMR-Probenröhrchens zu erkennen. Eine Lichtschranke ist für diese Zwecke gut geeignet, da die NMR-Probenröhrchen in einer Ausführungsform langsam mit einer definierten Bewegungsgeschwindigkeit an der Lichtschranke vorbei bewegt werden.
Ein Pyrosensor kann zur Messung der Probentemperatur verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform nutzt das Verfahren Bestimmungs- oder Schätzungsmodule, die in der Lage sind, einen NMR-Parameter anhand des gemessenen Probenparameters bzw. der gemessenen Probenparameter zu bestimmen oder zu schätzen.
In einer Ausführungsform wird die NMR-Messung unmittelbar durchgeführt, nachdem das erste Messprobenröhrchen seine beabsichtigte Messposition in dem Messbereich erreicht hat. Dann wird keine Zeit für NMR-Parameter-Anpassungen verschwendet. Solche Anpassungen sind bereits erledigt, wenn das Messprobenröhrchen seine beabsichtigte Messposition erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Probenparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Durchlässigkeit der Probe, Suszeptibilität der Probe, Temperatur der Probe, optische Dichte der Probe, Trübung der Probe, Inhomogenität der Probe, Füllstand des Probenröhrchens und Hochfrequenzabschirmungseigenschaften der Probe. Es ist möglich, mehr als einen der vorgenannten Probenparameter für die gleiche Probe zu messen.
Beispielsweise ist die Suszeptibilität der Probe ein ausschlaggebender Parameter bezogen auf Shim-Anpassungen des NMR-Spektrometers. Wird die Suszeptibilität der Probe gemessen, bevor die Probe in den Probenkopf eingeführt wird, können erforderliche Shim-Anpassungen (durch Shim-Parameter ausgedrückt) schon in dem NMR-Spektrometer voreingestellt werden, wenn die Probe in den Probenkopf eintritt, wodurch zeitaufwendige Shim-Anpassungen nach dem Einführen des Probenröhrchens in den Probenkopf unnötig werden.
Die Hochfrequenzabschirmungseigenschaften der Probe, um ein weiteres Beispiel zu geben, sind ein präzises Maß, den Salzgehalt der Probe zu bestimmen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der geschätzte oder bestimmte NMR-Parameter ein oder mehr Tune-Parameter, ein oder mehr Match-Parameter und/oder ein oder mehr Shim-Parameter. Die technischen Auswirkungen dieser Parameter und die Vorteile, die damit verbunden sind, diese Parameter bereits zu bestimmen oder zu schätzen, bevor das NMR-Probenröhrchen die endgültige Messposition erreicht hat, werden im Folgenden erläutert.
Um ein NMR-Spektrum zu messen, muss sich die entsprechende Probe in einem homogenen Magnetfeld befinden. Da die Probe selbst das Magnetfeld verfälscht, muss das statische Magnetfeld der NMR-Vorrichtung durch kleine anpassbare magnetische Korrekturfelder überlagert werden. Dieses Vorgehen, das Magnetfeld zu homogenisieren, wird im Allgemeinen als Shimming bezeichnet.
Wird der Shim-Parameter bereits bestimmt oder geschätzt, während das jeweilige Probenröhrchen in dem Vormessbereich ist, können die erforderlichen Shim-Parameter bei Eintritt des Probenröhrchens in den Probenkopf bzw. den Messbereich voreingestellt werden. Dies reduziert den Zeitbedarf einer einzelnen Messung erheblich.
Tune- und Match-Parameter werden verwendet, um die Resonanzkreise in dem NMR-Probenkopf derart anzupassen, dass sie auf Resonanz gestimmt sind. Dies ist eine Voraussetzung zum Messen von NMR-Spektren. Ähnlich wie bei den Shim-Parametern ist es auch möglich, die Tune- und Match-Parameter voreinzustellen, wenn das Probenröhrchen mit der zu messenden Probe in den Probenkopf bzw. den Messbereich eintritt, nachdem die Tune- und Match-Parameter zuvor bestimmt oder geschätzt wurden, während das Probenröhrchen in dem Vormessbereich positioniert war.
Es ist zu bemerken, dass das Tuning eines NMR-Spektrometers gemäß dem Stand der Technik kurz vor dem Beginn der Messung durchgeführt wird, wenn das Probenröhrchen mit der zu messenden Probe bereits in dem endgültigen Messbereich des Probenkopfes positioniert ist. Tuning dauert regelmäßig 20 bis 30 Sekunden. Aus Zeitgründen wird Tuning nicht für jede Probe durchgeführt. In einer Ausführungsform des vorliegend beanspruchten Verfahrens kann Tuning ohne jedwede zusätzliche Zeiterfordernis für jede Probe durchgeführt werden, da die erforderlichen Messungen vorgenommen werden, wenn die Probe „darauf wartet”, durch NMR gemessen zu werden, genauer gesagt, während es sich in dem Vormessbereich befindet.
Es ist nicht erforderlich, ein Magnetfeld auf eine Probe anzuwenden, um die für ein richtiges Tuning des NMR-Spektrometers erforderlichen Tune-Parameter zu bestimmen. Vielmehr ist es zur Bestimmung der Tune-Parameter ausreichend, die dielektrischen Eigenschaften der Probe zu messen. Demzufolge können die Tune-Parameter bereits bestimmt werden, bevor das die Probe enthaltende Probenröhrchen in den Probenkopf eingeführt wird. Damit ergibt sich eine erhebliche Zeitersparnis, so dass sich die Möglichkeit eröffnet, einen Tuningvorgang für jede Probe durchzuführen. Folglich erhöht sich die Messqualität, wobei sich die Zeit, die für die Durchführung der Messung erforderlich ist, verringert.
In einer Ausführungsform ist es möglich, die notwendigen Tune-Parameter für einige Proben innerhalb des Probenkopfes zu bestimmen. Diese Tune-Parameter können dann mit den durch eine externe Einheit, die mit dem Probenkopf zusammenhängt oder ein Teil des Probenkopfes ist, bestimmten Tune-Parametern verglichen werden. Dabei kann eine Kalibrierung und eine funktionale Steuerung einer derartigen externen Einheit leicht durchgeführt werden.
Gemäß aus dem Stand der Technik bekannter NMR-Vorrichtungen werden NMR-Probenröhrchen durch einen sogenannten Spinner in dem Probenkopf zentriert. Allerdings ist die Spinnerführung eher unpräzise und kann nur ein Ende des Probenröhrchens positionieren. Außerdem ist die Positionierung nicht reproduzierbar, so dass sogar für ein identisches Probenröhrchen häufig ein ganz neues Shimming stattfinden muss, nachdem dieses Probenröhrchen entfernt und erneut in den Probenkopf eingeführt wurde.
In einer Ausführungsform weist das erste Messprobenröhrchen ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Es ist während einer NMR-Messung der in dem ersten Probenröhrchen enthaltenen Probe an seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende in dem Messbereich befestigt. Dies verringert die Positionierungsvariabilität und erhöht die Positionierungsreproduzierbarkeit des ersten Messprobenröhrchens in dem Messbereich. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine präzise Fixierung an beiden Enden des Probenröhrchens ermöglicht (z.B. wenn eine Vielzahl von Probenröhrchen einander führen und fixieren oder wenn Führungsstangen verwendet werden). Damit wird eine erheblich präzisere Führung der Probenröhrchen in den Probenkopf und innerhalb des Probenkopfes möglich. Folglich wird die Schwankungsbreite des anzuwendenden Shimmings nach einem Probenröhrchenaustausch erheblich reduziert. Die Shim-Parameter sind im Wesentlichen nur von der Suszeptibilität der in dem Probenröhrchen enthaltenen Probe abhängig und nicht von Positionsschwankungen des Probenröhrchens (da diese Positionsschwankungen auf ein Minimum reduziert werden).
Dieser Faktor führt zusätzlich zu einer erhöhten Qualität der Linienform der resultierenden NMR-Spektren ohne eine neue Anpassung des Shimmings. Da die Schwankung der Shim-Parameter reduziert wird, reduziert sich auch die für ein neues Shimming erforderliche Zeit. Damit wird auch die Gesamtzeit zur Messung einer Vielzahl an Proben reduziert.
Aufgrund der unpräzisen Positionierung des Probenröhrchens in NMR-Vorrichtungen aus dem Stand der Technik wie oben kurz dargestellt, müssen häufig neue Anpassungen der Resonanzkreise durch Tune- und Match-Parameter durchgeführt werden, sogar für dasselbe Probenröhrchen, wenn es entfernt und erneut in den Probenkopf eingeführt wurde.
Wie im Fall von Shim-Parametern wird auch die Schwankung der Tune- und Match-Parameter durch eine präzise Führung, die durch das Fixieren des Messprobenröhrchens an beiden Enden möglich ist, erheblich reduziert. Aufgrund dieser präziseren Führung sind die Tune- und Match-Parameter im Wesentlichen nur von der Durchlässigkeit und der Suszeptibilität der Probe abhängig. Selbst ohne ein neues Tuning oder Matching kann die NMR-Messung präziser als beim Stand der Technik vorgenommen werden. Da die Schwankungsbreite der Tune- und Match-Anpassungen reduziert wird, werden der Zeitbedarf und die mechanische Abnutzung von Trimmkondensatoren und Schrittmotoren reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform nutzt das Verfahren eine Steuervorrichtung, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, die zuvor bestimmten oder geschätzten NMR-Parameter in einem NMR-Spektrometer voreinzustellen. Eine derartige Einstellungshandlung könnte auch mit der Hilfe der allgemeinen NMR-Spektrometersteuerung durchgeführt werden. Die relevanten NMR-Parameter einzustellen, wenn das jeweilige die zu messende Probe enthaltende Probenröhrchen in den Probenkopf eingeführt wird, anstatt mit der Bestimmung der relevanten NMR-Parameter zu beginnen, spart viel Zeit für den gesamten Messvorgang. Die Verschiebung zeitaufwendiger Parameter-Bestimmungs- oder Schätzungsvorgänge von dem Zeitraum, in dem das NMR-Probenröhrchen in dem Messbereich neben der Hochfrequenzspule vorhanden ist (und welcher die Gesamtmesszeit bestimmt) in den Zeitintervall, in dem das NMR-Probenröhrchen in dem Probenkopf oder einer vorhergehenden Einheit vor der Hochfrequenzspule vorhanden ist (welcher für die Gesamtmesszeit nicht wichtig ist, wenn eine Vielzahl an NMR-Probenröhrchen gemessen wird), verringert die für die NMR-Messung selbst erforderliche Zeit erheblich. In anderen Worten ausgedrückt kann das NMR-Probenröhrchen mit der zu messenden Probe bezogen auf die Hochfrequenzspule zur Durchführung einer NMR-Messung angeordnet werden, wenn das NMR-Spektrometer bereits speziell an die einzelne zu messende Probe angepasst wurde. Im Stand der Technik war eine derartige individuelle Anpassung nur möglich, nachdem das NMR-Probenröhrchen in der Messposition positioniert wurde. Dies führte zu einer erheblichen Zeitverzögerung für den gesamten Messvorgang.
Die Voreinstellung von NMR-Parametern wie Tune-Parametern, Match-Parametern und/oder Shim-Parametern beschleunigt somit den gesamten NMR-Messvorgang.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Probenkopfanordnung mit den im Folgenden erläuterten Merkmalen. Eine derartige Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer umfasst eine Bohrung, in der ein Pfad definiert ist, durch den Probenröhrchen in einer Führungsrichtung durch die Probenkopfanordnung zu führen sind. Die Probenkopfanordnung umfasst weiter eine Hochfrequenzspule zum Erzeugen hochfrequenter magnetischer Impulse, um NMR-Messungen durchzuführen. Diese Hochfrequenzspule definiert dadurch einen Messbereich zur Durchführung einer NMR-Messung einer in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe.
Gemäß der vorliegend beanspruchten Erfindung umfasst die Probenkopfanordnung einen sich innerhalb der Bohrung befindlichen Probenröhrchen-Transportmechanismus, der dazu dient, die Probenröhrchen ausschließlich in der Führungsrichtung durch die Bohrung zu führen und der weiter dazu dient, eine Bewegung der Probenröhrchen derart zu blockieren, dass ein eine zu messende Probe enthaltendes Probenröhrchen (d.h. das Messprobenröhrchen) während eines definierten Zeitraums in dem Messbereich gehalten wird, um somit eine NMR-Messung der Probe zu ermöglichen. Das erste Messprobenröhrchen ist ein Probenröhrchen, das noch keiner NMR-Messung ausgesetzt worden ist, das aber einer NMR-Messung auszusetzen ist.
Die erfindungsgemäße Probenkopfanordnung ermöglicht es NMR-Probenröhrchen, den Probenkopf zu durchlaufen, z.B. von oben nach unten oder von unten nach oben. Damit ist es möglich, dass mehr als ein Probenröhrchen gleichzeitig in einem mit einer Probenkopfanordnung gemäß der beanspruchten Erfindung ausgestatteten NMR-Spektrometer vorhanden ist. Der Probenröhrchen-Transportmechanismus dient der präzisen Positionierung einzelner Probenröhrchen innerhalb des Messbereichs und einer Führung der Probenröhrchen durch die Bohrung.
Da der Probenröhrchen-Transportmechanismus sich innerhalb der Bohrung befindet, bedarf die Probenkopfanordnung weniger Platz als im Fall von beliebigen anderen sich oberhalb oder unterhalb des Probenkopfes befindlichen Mechanismen zum Transportieren von Probenröhrchen. Des Weiteren ist es für einen derartigen Probenröhrchen-Transportmechanismus nicht erforderlich, dass ein Stapel Probenröhrchen unter der Hochfrequenzspule aufgebaut wird.
Es ist möglich, ein gewöhnliches NMR-Spektrometer mit einer Probenkopfanordnung gemäß der beanspruchten Erfindung auszustatten. Somit ist die Probenkopfanordnung für alle herkömmlichen NMR-Spektrometer geeignet, die leicht mit der Probenkopfanordnung gemäß der beanspruchten Erfindung versehen werden können, indem der verwendete Probenkopf oder die verwendete Probenkopfanordnung durch eine Probenkopfanordnung gemäß der beanspruchten Erfindung ersetzt wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Probenkopfanordnung eine Vormessvorrichtung, die einen Vormessbereich in der Führungsrichtung vor dem Messbereich definiert. Die Vormessvorrichtung dient zum Messen eines Probenparameters einer in einem vor der Hochfrequenzspule positionierten Probenröhrchen enthaltenen Probe, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen. Bezüglich der Auswirkungen einer derartigen Vormessvorrichtung und eines derartigen Vormessbereichs wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
In einer Ausführungsform umfasst die Probenkopfanordnung eine erste Sperre zum Blockieren der Bewegung eines ersten Probenröhrchens entlang der Führungsrichtung. Dabei kann die erste Sperre von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführt werden und umgekehrt. In dieser Ausführungsform umfasst die Probenkopfanordnung weiter eine zweite Sperre zum Blockieren einer Bewegung eines zweiten Probenröhrchens entlang der Führungsrichtung. Dabei kann auch die zweite Sperre – wie die erste Sperre – von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführt werden und umgekehrt. Schließlich stehen die erste Sperre und die zweite Sperre derart miteinander in Wirkverbindung, dass mindestens entweder die Sperre oder die zweite Sperre in ihrer Blockierstellung vorhanden sein muss. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die erste Sperre nicht in ihrer Nichtblockierstellung sein, wenn die zweite Sperre in ihrer Nichtblockierstellung ist.
Somit werden in dieser Ausführungsform zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Sperren verwendet, die die Bewegung von Probenröhrchen, die innerhalb der Probenkopfanordnung vorhanden sind, erlauben oder verbieten können. Dadurch kann ein definierter Bewegungsabstand einzelner Probenröhrchen innerhalb der Probenkopfanordnung ermöglicht werden, so dass jedes ein zu messende Probe enthaltende Probenröhrchen in eine Messposition innerhalb der Probenkopfanordnung transportiert werden kann. Die definierte Bewegung der Probenröhrchen dient dazu, einzelne Probenröhrchen auszuwerfen, ohne diese Probenröhrchen zu zerbrechen. NMR-Probenröhrchen können ziemlich leicht zerbrechen, da sie üblicherweise aus Glas gemacht sind.
Im Allgemeinen sind NMR-Probenköpfe vertikal ausgerichtet, um eine vertikale Bewegung der aus dem und in den Probenkopf zu bewegenden Probenröhrchen zu erlauben. In einer Ausführungsform ist die vorliegend beanspruchte Probenkopfanordnung auch vertikal ausgerichtet anzuordnen, so dass die Führungsrichtung eine vertikale Richtung vom Kopfende bis zum Boden der Probenkopfanordnung ist. Dabei ist es möglich, die Schwerkraft auszunutzen, um die Probenröhrchen durch die Probenkopfanordnung zu transportieren.
In einer Ausführungsform sind die erste Sperre und/oder zweite Sperre mechanische Blockiervorrichtungen, die mechanisch mit den Probenröhrchen, deren Bewegung zu blockieren ist, interagieren.
In einer Ausführungsform werden die erste Sperre und die zweite Sperre invers geöffnet bzw. geschlossen. Somit stehen in dieser Ausführungsform die erste Sperre und die zweite Sperre derart miteinander in Wirkverbindung, dass die erste Sperre in ihrer Nichtblockierstellung ist, wenn die zweite Sperre in ihrer Blockierstellung ist. Zusätzlich ist die erste Sperre in ihrer Blockierstellung, wenn die zweite Sperre in ihrer Nichtblockierstellung ist. Dabei ist es gewährleistet, dass ein Probenröhrchen sich nicht über die Sperre und die zweite Sperre gleichzeitig hinwegbewegen kann, sondern zumindest durch entweder die erste Sperre oder die zweite Sperre gestoppt wird.
In einer Ausführungsform befinden sich die erste Sperre und/oder die zweite Sperre innerhalb der Bohrung der Probenkopfanordnung, genauer gesagt in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule. Ist die Probenkopfanordnung vertikal positioniert, erstreckt sich die Führungsrichtung vertikal vom Kopfende bis zum Boden der Probenkopfanordnung. Dann befinden sich die erste Sperre und die zweite Sperre unter der Hochfrequenzspule. Durch das Anordnen der Sperren innerhalb der Bohrung des Probenkopfes ist es nicht erforderlich, einen zusätzlichen Auswurfmechanismus unter dem Probenkopf, wie beim Stand der Technik beschrieben, bereitzustellen. Demzufolge kann der für die vorliegend beanspruchte Probenkopfanordnung erforderliche Raum erheblich kleiner gemacht werden als der Platzbedarf von Probenkopfanordnungen mit einer separaten unter dem Probenkopf angeordneten Auswurfeinheit.
Die Verwendung von innerhalb der Bohrung der Probenkopfanordnung angeordneten Sperren anstatt der Verwendung einer separaten Auswurfvorrichtung unter dem Probenkopf hat zusätzliche Vorteile. Dabei ist es nicht erforderlich, einen ganzen Stapel Probenröhrchen in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule (z.B. unter der Hochfrequenzspule) vorzusehen. Es ist vielmehr völlig ausreichend, wenn zwei Probenröhrchen in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule positioniert sind. Dann wird das letzte Probenröhrchen in der Führungsrichtung (z.B. das unterste Probenröhrchen) von der zweiten Sperre blockiert/gestützt. Das vorletzte (z.B. zweitunterste) Probenröhrchen wird durch die erste Sperre blockiert/gestützt. Das vorletzte Probenröhrchen selbst stützt mindestens ein Messprobenröhrchen, in dem die zu messende Probe platziert ist. Es kann auch einen ganzen Stapel Probenröhrchen stützen, der in der Führungsrichtung vor dem vorletzten Probenröhrchen (z.B. über dem vorletzten Probenröhrchen) positioniert ist.
Dadurch stützt das vorletzte Probenröhrchen nicht nur das Messprobenröhrchen, sondern dient auch einer richtigen Ausrichtung dieses Messprobenröhrchens innerhalb des Messbereichs der Probenkopfanordnung. Dieser Messbereich ist die Zone der Probenkopfanordnung, in der die Hochfrequenzspule positioniert ist. Dann können die durch die Hochfrequenzspule erzeugten hochfrequenten magnetischen Impulse mit einer in dem Messprobenröhrchen enthaltenen Probe interagieren.
Die in dem Pfad der Probenkopfanordnung vorhandenen Probenröhrchen können einander führen. Somit kann jedes Probenröhrchen sein benachbartes Probenröhrchen führen, indem es sein benachbartes Probenröhrchen direkt an seinem Kopfende (d.h. einer Kappe) bzw. seinem Boden berührt. Das Kopfende und der Boden eines Probenröhrchens können auch als erstes und zweites Ende des Probenröhrchens bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Probenröhrchen-Transportmechanismus abermals eine erste Sperre zum Blockieren einer Bewegung eines ersten Probenröhrchens entlang der Führungsrichtung. Dabei kann die erste Sperre von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführt werden und umgekehrt. In dieser Ausführungsform umfasst der Probenröhrchen-Transportmechanismus weiter mindestens zwei dritte Sperren zum Blockieren einer Bewegung eines ersten Messprobenröhrchens entlang der Führungsrichtung.
Dabei kann auch jede der dritten Sperren – wie die erste Sperre – von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführt werden und umgekehrt. Schließlich ist die erste Sperre in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule angeordnet und die dritten Sperren sind in der Führungsrichtung vor der Hochfrequenzspule angeordnet.
Die erste Sperre und die dritten Sperren ermöglichen einen definierten Bewegungsabstand einzelner Probenröhrchen innerhalb der Probenkopfanordnung, so dass jedes eine zu messende Probe enthaltende Probenröhrchen zu einer Messposition innerhalb der Probenkopfanordnung transportiert werden kann.
Bei dieser Ausführungsform hat die Verwendung von innerhalb der Bohrung der Probenkopfanordnung angeordneten Sperren anstatt der Verwendung einer separaten Auswurfvorrichtung unter dem Probenkopf zusätzliche Vorteile. Dabei ist es nicht notwendig, einen ganzen Stapel Probenröhrchen in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule (z.B. unter der Hochfrequenzspule) vorzusehen. Es ist vielmehr völlig ausreichend, wenn ein Probenröhrchen in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule positioniert ist. Dann wird dieses in der Führungsrichtung letzte Probenröhrchen (z.B. das unterste Probenröhrchen) durch die erste Sperre blockiert/gestützt. Dadurch stützt es ein Messprobenröhrchen, in dem eine zu messende Probe platziert ist. Des Weiteren stützt das letzte Probenröhrchen nicht nur das Messprobenröhrchen, sondern dient auch der richtigen Ausrichtung dieses Messprobenröhrchens innerhalb des Messbereichs der Probenkopfanordnung.
Wie oben angegeben, werden NMR-Probenköpfe im Allgemeinen vertikal ausgerichtet. In einer derartigen vertikalen Anordnung kann die erste Sperre auch als untere Sperre oder Anpassungs-Sperre bezeichnet werden, und die dritten Sperren können auch als obere Sperren bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform sind die dritten Sperren in einer ersten Gruppe und in einer zweiten Gruppe gruppiert. Dabei gehört jede zweite der dritten Sperren (z.B. die erste, die dritte, die fünfte etc. der dritten Sperren) zu der ersten Gruppe und die übrigen dritten Sperren (die jeweils anderen zweiten der dritten Sperren, z.B. die zweite, die vierte, die sechste etc. der dritten Sperren) gehören zu der zweiten Gruppe. Dabei stehen die dritten Sperren derart miteinander in Wirkverbindung, dass alle dritten Sperren der ersten Gruppe gleichzeitig in ihrer Blockierstellung oder in ihrer Nichtblockierstellung sind. Genauso sind die dritten Sperren der zweiten Gruppe gleichzeitig in ihrer Blockierstellung oder in ihrer Nichtblockierstellung. Dabei können die dritten Sperren der ersten Gruppe und die dritten Sperren der zweiten Gruppe nicht gleichzeitig in der Nichtblockierstellung sein. Somit ist mindestens eine Gruppe der dritten Sperren zu einem bestimmten Zeitpunkt in ihrer Blockierstellung vorhanden.
Diese Wirkverbindung gewährleistet, dass ein in den Pfad für Probenröhrchen eingeführtes Probenröhrchen nicht in einer einzigen Bewegung alle dritten Sperren passieren kann, sondern mindestens von der zweiten der dritten Sperren, die es erreicht, gestoppt wird (nämlich wenn die erste der dritten Sperren, die es passiert, in ihrer Nichtblockier- oder offenen Stellung ist).
In einer Ausführungsform werden die dritten Sperren der ersten Gruppe und die dritten Sperren der zweiten Gruppe invers geöffnet bzw. geschlossen. Somit stehen in dieser Ausführungsform die dritten Sperren der ersten Gruppe und die dritten Sperren der zweiten Gruppe derart miteinander in Wirkverbindung, dass die dritten Sperren der ersten Gruppe in ihrer Nichtblockierstellung sind, wenn die dritten Sperren der zweiten Gruppe in ihrer Blockierstellung sind. Zusätzlich sind die dritten Sperren der ersten Gruppe in ihrer Blockierstellung, wenn die dritten Sperren der zweiten Gruppe in ihrer Nichtblockierstellung sind. Dabei ist es gewährleistet, dass ein Probenröhrchen sich nicht gleichzeitig über die dritten Sperren der ersten Gruppe und die dritten Sperren der zweiten Gruppe hinweg bewegen kann, sondern mindestens durch eine der dritten Sperren der ersten Gruppe oder durch eine der dritten Sperren der zweiten Gruppe gestoppt wird.
In einer Ausführungsform sind alle dritten Sperren gleich ausgebildet, aber anders als die erste Sperre. Sie können mindestens ein Stützelement zum Stützen einer unteren Seite des zu blockierenden Probenröhrchens aufweisen, wenn die jeweilige dritte Sperre in ihrer Blockierstellung ist. Das Stützelement kann z.B. ein Stab, eine Stange, eine Platte oder jede beliebige andere Struktur sein, die geeignet ist, ein NMR-Probenröhrchen an seinem Boden oder einer unteren lateralen Seite zu stützen und die Bewegung des NMR-Probenröhrchens zu verhindern.
In einer Ausführungsform sind die dritten Sperren auf die gleiche Art und Weise ausgebildet wie die erste Sperre. Außerdem können abermals alle dritten Sperren gleich ausgebildet sein. Wenn die dritten Sperren auf die gleiche Art und Weise ausgebildet sind wie die erste Sperre, ist nur die Produktion einer Art von Blockiermechanismus erforderlich, um die vorliegend beanspruchte Probenkopfanordnung auszumachen. Dies reduziert die Gesamtanzahl der zur Herstellung der Probenkopfanordnung zu produzierenden Teile und erleichtert somit den Herstellungsprozess.
In einer anderen Ausführungsform sind nicht alle der dritten Sperren auf die gleiche Art und Weise ausgebildet. Vielmehr ist auch eine Kombination von verschiedenen dritten Sperren mit unterschiedlichen Designs möglich.
In einer Ausführungsform befinden sich die erste Sperre, die zweite Sperre und/oder die dritten Sperren innerhalb der Bohrung. Dabei befindet sich die erste Sperre innerhalb der Bohrung in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule, so dass – während des beabsichtigten Betriebs der Probenkopfanordnung – die erste Sperre in ihrer Blockierstellung ein erstes Probenröhrchen, das bereits die Hochfrequenzspule passiert hat, blockiert. Dabei grenzt das erste Probenröhrchen an ein Messprobenröhrchen an, das wiederum in einer Messposition ist, d.h. bezogen auf die Hochfrequenzspule in einer derartigen Position, dass die in dem Messprobenröhrchen enthaltene Probe einer NMR-Messung ausgesetzt werden kann. Das erste Probenröhrchen kann ein Probenröhrchen sein, das eine Probe enthält, die vor der in dem derzeitigen Messprobenröhrchen enthaltenen Probe einer NMR-Messung ausgesetzt wurde.
Alternativ oder zusätzlich befindet sich die zweite Sperre in einer Ausführungsform innerhalb der Bohrung in der Führungsrichtung hinter der ersten Sperre, so dass – während des beabsichtigten Betriebs der Probenkopfanordnung – die zweite Sperre in ihrer Blockierstellung das zweite Probenröhrchen, das bereits die Hochfrequenzspule sowie die erste Sperre passiert hat, blockiert. Außerdem grenzt das zweite Probenröhrchen an das erste Probenröhrchen an, das wiederum bezogen auf die erste Sperre derart positioniert ist, dass die Bewegung des ersten Probenröhrchens durch die erste Sperre blockiert werden kann, wenn die erste Sperre in ihrer Blockierstellung ist. Das zweite Probenröhrchen kann z.B. ein Probenröhrchen sein, das eine Probe enthält, die vor der in dem ersten Probenröhrchen enthaltenen Probe und somit auch vor der in dem derzeitigen Messprobenröhrchen enthaltenen Probe einer NMR-Messung ausgesetzt wurde.
In den voranstehend erläuterten Ausführungsformen stößt das Messprobenröhrchen mit seinem Boden gegen ein Kopfende des ersten Probenröhrchens. Somit stützt und passt das erste Probenröhrchen die Position des Messprobenröhrchens während des beabsichtigten Betriebs der Probenkopfanordnung an. Demzufolge kann die erste Sperre auch als Sperre mit einer Anpassungsfunktion bezeichnet werden, da sie dafür verantwortlich ist, das erste Probenröhrchen derart in einer definierten Position zu fixieren, dass das erste Probenröhrchen wiederum das Messprobenröhrchen in die richtige Messposition ausrichtet.
Außerdem ist es möglich, dass der Boden des ersten Probenröhrchens gegen das Kopfende des zweiten Probenröhrchens stößt, so dass eine Anordnung dreier Probenröhrchen gebildet wird, wobei jedes Probenröhrchen gegen sein angrenzendes bzw. seine angrenzenden Probenröhrchen stößt.
Es ist jedoch nicht notwendig, dass das zweite Probenröhrchen das erste Probenröhrchen tatsächlich berührt. Es ist vielmehr auch möglich, dass während des beabsichtigten Betriebs der Probenkopfanordnung ein kleiner Abstand zwischen dem Boden des ersten Probenröhrchens und dem Kopfende des zweiten Probenröhrchens vorhanden ist. Dies hängt von der spezifischen Position der ersten Sperre und der zweiten Sperre ab. Da die zweite Sperre nicht dazu vorgesehen ist, das zweite Probenröhrchen in einer spezifischen Position anzupassen oder auszurichten, kann sie auch als Sperre mit Unterbrechungs- oder Bremsfunktion bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform haben die erste Sperre, die zweite Sperre und/oder die dritten Sperren mindestens zwei Nocken, die dazu ausgebildet sind, gegen laterale Bereiche des ersten Probenröhrchens zu stoßen, wenn die jeweilige Sperre in ihrer Blockierstellung ist. Somit kann die jeweilige Sperre wie ein Greifmechanismus angeordnet sein, der mit seinen Nocken gegen die Seiten des ersten Probenröhrchens greift. Die Nocken können z.B. derart ausgebildet sein, dass sie eine ovale Form haben, d.h. eine erste Erstreckungsachse, die länger als eine zweite Erstreckungsachse ist. In einer derartigen Ausführungsform ist es möglich, die Nocken an einem rotierenden Element wie etwa einer Stange zu lagern, so dass Berührungsabschnitte der Nocken näher an ein vorüberziehendes Probenröhrchen heran bewegt werden können oder weiter von dem sich vorbeibewegenden Probenröhrchen weg bewegt werden können. Die Blockierstellung wäre dann eine Stellung, in der die Nocken das Probenröhrchen berühren, und die Nichtblockierstellung wäre eine Stellung, in der die Nocken das Probenröhrchen nicht berühren.
In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Nocken einander gegenüber angeordnet, so dass sie gegenüberliegende Seiten eines Probenröhrchens berühren können, dessen Bewegung zu blockieren ist. Werden drei oder vier Nocken verwendet, ist es möglich, sie in gleichmäßigem Abstand zueinander anzuordnen. Dann werden die blockierenden Kräfte von der jeweiligen Sperre auf das erste zu blockierende Probenröhrchen auf eine besonders geeignete Art und Weise übertragen.
In einer Ausführungsform weist die zweite Sperre mindestens ein Stützelement auf, um die untere Seite des zu blockierenden Probenröhrchens zu stützen, wenn die zweite Sperre in ihrer Blockierstellung ist. Das Stützelement kann z. B. ein Stab, eine Stange, eine Platte oder jede beliebige andere Struktur sein, die dazu geeignet ist, ein NMR-Probenröhrchen an seinem Boden oder einer unteren lateralen Seite zu stützen und die Bewegung des NMR-Probenröhrchens zu verhindern.
Es ist auch möglich, die zweite Sperre auf die gleiche Art und Weise wie die erste Sperre auszubilden. Da jedoch das Blockieren der Bewegung des zu blockierenden Probenröhrchens durch das Stützelement mechanisch einfacher zu realisieren ist als das Blockieren eines zu blockierenden Probenröhrchens durch eine präzise arbeitende Nockenanordnung, und da eine exakte Positionierung des zweiten Probenröhrchens nicht notwendig ist, ist es einfacher, die zweite Sperre derart auszubilden, dass sie mindestens ein Stützelement zum Stützen einer unteren Seite des zu blockierenden Probenröhrchens umfasst.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass die Begriffe „erstes Probenröhrchen“ und „zweites Probenröhrchen“ als „zu blockierendes Probenröhrchen“ auszulegen sind. Die Begriffe „erstes“ und „zweites“ werden verwendet, um ein Verständnis der beanspruchten Erfindung einfacher zu machen. Jedoch ist zu bemerken, dass das erste Probenröhrchen, das zunächst von der ersten Sperre blockiert wird, automatisch zu dem zweiten Probenröhrchen wird, wenn es sich entlang der Führungsrichtung innerhalb des Pfades der Probenkopfanordnung weiter vorwärts bewegt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während des beabsichtigten Betriebs der beanspruchten Probenkopfanordnung sind das erste Probenröhrchen und das zweite Probenröhrchen jedoch tatsächlich verschieden.
In einer Ausführungsform umfasst die Probenkopfanordnung einen Motor zum Betrieb der ersten Sperre, der zweiten Sperre und/oder der dritten Sperren. Dieser Motor kann innerhalb der Bohrung der Probenkopfanordnung angeordnet sein oder angrenzend an den Probenkopf. Es ist zu bemerken, dass ein derartiger Motor nicht viel Platz erfordert. Es ist nur notwendig, den Motor operativ mit der ersten Sperre und/oder der zweiten Sperre zu koppeln, um von dem Motor bereitgestellte Energie (wie etwa in Form von Bewegungen) auf die erste Sperre, die zweite Sperre und/oder die dritten Sperren zu übertragen. Es ist möglich, einen Motor für die erste Sperre und einen anderen Motor für die zweite Sperre oder für die dritten Sperren zu verwenden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Probenkopf dazu ausgebildet und angeordnet, mit einem eine definierte Temperatur aufweisenden Gasstrom vorgesehen zu sein. Luft oder Druckluft ist ein geeignetes Gas, einen derartigen Gasstrom aufzubauen. Denselben Gasstrom für den Messbereich (neben der Hochfrequenzspule) und den Abschnitten des Probenkopfes vor der Hochfrequenzspule zu verwenden, ist mit dem technischen Effekt verbunden, dass die Proben vor der Hochfrequenzspule an die gleiche Temperatur, die in dem Messbereich herrscht, angepasst werden. Somit ist eine zweitaufwendige Temperaturanpassung in der Messposition nicht länger notwendig, wenn diese Ausführungsform angewendet wird.
Bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik werden Probenröhrchen und damit die in diesen Probenröhrchen enthaltenen Proben häufig in einer separaten Wärmeeinheit außerhalb eines NMR-Spektrometers vorgewärmt. Diese separate Wärmeeinheit erfordert eine separate Kalibrierung der Temperatur, die in der Wärmeeinheit vorhanden zu sein hat. Nach dem Verlassen der separaten Wärmeeinheit werden die Probenröhrchen durch einen mit Druckluft betriebenen Probenröhrchen-Lift mit undefinierter Temperatur in den Messbereich des Probenkopfes transportiert. In diesem Messbereich findet die endgültige Temperaturanpassung durch einen Luftstrom mit einstellbarer Temperatur statt. Diese endgültige Temperaturanpassung erfordert etwa 30 Sekunden.
Gemäß der erläuterten Ausführungsform der Probenkopfanordnung werden die Probenröhrchen, die darauf warten, in den Messbereich des Probenkopfes transportiert zu werden, bereits durch denselben Gasstrom vorgewärmt, der für eine endgültige Temperaturanpassung der Probenröhrchen in dem Messbereich verantwortlich ist. Dabei sind die in den Messbereich eintretenden Probenröhrchen bereits auf ihre endgültige Messtemperatur gebracht. Es findet keine Verfälschung der angepassten Temperatur durch Druckluft mit einer undefinierten Temperatur statt. Außerdem ist nur eine einzige Kalibrierung der Temperaturanpassung notwendig, da separate externe Wärmeeinheiten nicht länger gebraucht werden. Des Weiteren entfällt die Wartezeit für eine Temperaturanpassung des Probenröhrchens in dem Messbereich des Probenkopfes völlig.
In einer Ausführungsform umfasst die Probenkopfanordnung mindestens drei Stangen, die derart angeordnet sind, dass sie einen Führungsraum in ihrer Mitte als Pfad für Probenröhrchen umgeben und begrenzen. Somit sind diese Führungsstangen nicht dafür vorgesehen, dass Probenröhrchen in ihrem Inneren geführt werden. Vielmehr definieren sie einen als Pfad für Probenröhrchen zu verwendenden Führungsraum. Somit ist der Pfad von Luft und den mindestens drei Führungsstangen umgeben. Es ist beispielsweise möglich, die drei Führungsstangen an den Rändern eines virtuellen Dreiecks anzuordnen, so dass die Probenröhrchen innerhalb des Inneren des virtuellen Dreiecks geführt werden können. Das Dreieck kann ein gleichschenkliges Dreieck sein. In einer anderen Ausführungsform sind die mindestens drei Führungsstangen derart in einer zirkulären Weise angeordnet, dass sie gleichermaßen voneinander beabstandet sind.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine der Führungsstangen hohl, um ein Fluid transportieren zu können. Dann ist es möglich, die Führungsstangen ein warmes oder kaltes Fluid (z.B. ein Gas wie Luft) transportieren zu lassen, um so eine Probe in einem Messprobenröhrchen auf die gewünschte Messtemperatur zu bringen. Dabei kann das Wärm- oder Kühlfluid derart in die Führungsstange eingeführt werden, dass es zunächst entgegen der Führungsrichtung strömt (z.B. nach oben, wenn die Führungsrichtung vertikal nach unten verläuft) und dann aus der Führungsstange austritt. Es kann dann innerhalb des Pfades in der Führungsrichtung strömen. In einer Ausführungsform sind alle Führungsstangen hohl, um ein Fluid zu transportieren, um das Erwärmen oder Kühlen einer zu messenden Probe in einer besonders geeigneten Art und Weise zu erlauben.
Es ist auch möglich, dass die Führungsstangen unterschiedliche Kammern umfassen, die in einem Verbindungsbereich fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Dann ist es möglich, dass das Fluid durch eine erste Kammer strömt, aus der ersten Kammer austritt, in den Verbindungsbereich eintritt, aus dem Verbindungsbereich heraus in eine zweite Kammer tritt, durch die zweite Kammer strömt und dann aus der zweiten Kammer austritt. Dabei ist es auch möglich, einen Fluidstrom in verschiedene Richtungen aufzubauen (z.B. entgegen der Führungsrichtung in der ersten Kammer und in der Führungsrichtung in der zweiten Kammer der Führungsstange).
In einer Ausführungsform weist mindestens eine der Führungsstangen in ihrem Inneren mindestens zwei Kammern auf, die fluiddicht voneinander abgetrennt sind. In dieser Ausführungsform ist es möglich, verschiedene Ströme von Fluiden innerhalb ein und derselben Führungsstange aufzubauen. Wird diese Ausführungsform mit der voranstehend erläuterten Ausführungsform kombiniert, ist es auch möglich, zwei separate Fluidströme innerhalb einer Führungsstange aufzubauen, wobei beide Fluidströme Fluidstromabschnitte in unterschiedliche Richtungen (wie etwa in der Führungsrichtung und gegen die Führungsrichtung) aufweisen. Dann ist es möglich, eine durchgehende Führungsstange, die sich vom Kopfende der Probenkopfanordnung bis zum Boden der Probenkopfanordnung erstreckt, zu verwenden, aber trotzdem unterschiedliche Fluidströme innerhalb der Führungsstange zu erlauben.
Wird der Strom des Fluids mit einer definierten Temperatur in mindestens einer in der Führungsrichtung vor der Hochfrequenzspule angeordneten Führungsstange aufgebaut, ist es möglich, in dem Probenröhrchen enthaltene Proben vorzuwärmen oder vorzukühlen, bevor sie gemessen werden. Dies reduziert die für eine Temperaturäquilibrierung in der Messposition erforderliche Zeit und beschleunigt somit den gesamten Messvorgang.
Die vorliegend beanspruchte Erfindung betrifft in einem Aspekt auch eine NMR-Spektrometer-Anordnung umfassend ein NMR-Spektrometer. Dabei umfasst die NMR-Spektrometer-Anordnung weiter eine Vormessvorrichtung, die einen Vormessbereich definiert, wobei die Vormessvorrichtung dazu dient, einen Probenparameter einer in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe zu messen, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen. Dabei befindet sich der Vormessbereich in einer Führungsrichtung, in der Probenröhrchen durch die NMR-Spektrometer-Anordnung geführt werden, vor einem Messbereich des NMR-Spektrometers.
In einer Ausführungsform ist die Vormessvorrichtung eine Kamera, eine Lichtschranke, ein Pyrosensor und/oder eine Kombination eines Senders und eines Empfängers von Hochfrequenzfeldern.
In einer Ausführungsform umfasst die NMR-Spektrometer-Anordnung eine Probenkopfanordnung gemäß den vorhergehenden Erläuterungen.
Eine derartige Probenkopfanordnung ermöglicht es einem entsprechend ausgestatteten NMR-Spektrometer, Hochdurchsatzanalysen durchzuführen, da eine große Anzahl an Probenröhrchen in den Probenkopf des NMR-Spektrometers eingeführt und darin nacheinander gemessen werden kann. Dabei kann ein neues Probenröhrchen automatisch in den Probenkopf eingeführt werden, wenn das zuvor gemessene NMR-Probenröhrchen aus dem Probenkopf ausgeworfen wird. Wie oben erläutert können die erforderlichen NMR-Parameter bereits bestimmt oder geschätzt werden, bevor das NMR-Probenröhrchen in den Messbereich des Probenkopfs eintritt. Damit beschleunigt nicht nur die Zuführung der Probenröhrchen in den Probenkopf, sondern auch die Erledigung vorbereitender Arbeit für das nächste Probenröhrchen parallel zum Messen eines vorherigen Probenröhrchens den gesamten Messvorgang eines derartigen NMR-Spektrometers.
Die beschriebene neuartige Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer ermöglicht ein sehr günstiges Zeitverhältnis zwischen Messzeit und Probenvorbereitungszeit. Während dieses Zeitverhältnis bei 1:5 für NMR-Vorrichtungen aus dem Stand der Technik beträgt, liegt es in einem Bereich von 10:1 bis 1:1, insbesondere von 8:1 bis 2:1, insbesondere von 7:1 bis 3:1, insbesondere von 6:1 bis 4:1 und ganz besonders bei rund oder exakt 5:1 für eine NMR-Vorrichtung, die mit einer wie oben erläuterten Probenkopfanordnung ausgestattet ist.
In einem Aspekt betrifft die vorliegend beanspruchte Erfindung auch ein erstes Verfahren zum Transportieren eines Messprobenröhrchens in den Probenkopf eines NMR-Spektrometers und aus dem Probenkopf eines NMR-Spektrometers heraus unter Verwendung einer Probenkopfanordnung gemäß den vorhergehenden Erläuterungen. Dieses erste Verfahren umfasst die im Folgenden erläuterten Schritte.
Zunächst wird ein Messprobenröhrchen in einen Pfad für Probenröhrchen der Probenkopfanordnung in eine Führungsrichtung eingeführt. Dabei sind ein erstes Probenröhrchen und ein zweites Probenröhrchen bereits in dem Pfad vorhanden, genauer gesagt in der Führungsrichtung hinter der Hochfrequenzspule. Ist die Probenkopfanordnung vertikal ausgerichtet, wendet sich die Führungsrichtung vertikal von oben nach unten. Dann sind das erste Probenröhrchen und das zweite Probenröhrchen unter der Hochfrequenzspule. Dabei ist das zweite Probenröhrchen in der Führungsrichtung hinter dem ersten Probenröhrchen angeordnet. Eine Bewegung des zweiten Probenröhrchens ist nicht möglich, sondern vielmehr durch eine zweite Sperre blockiert.
Vor oder nach diesem Zuführungsschritt wird eine Bewegung des ersten Probenröhrchens durch eine erste Sperre unmöglich gemacht. Dies bedeutet, dass die erste Sperre das erste Probenröhrchen fixiert. Dabei stößt ein Boden des ersten Messprobenröhrchens gegen ein Kopfende des ersten Probenröhrchens. Das Kopfende des ersten Probenröhrchens richtet das erste Messprobenröhrchen aus und passt es in die richtige Messposition bezogen auf die Hochfrequenzspule der Probenkopfanordnung an.
Anschließend wird das zweite Probenröhrchen durch Überführen der zweiten Sperre von einer Blockierstellung in eine Nichtblockierstellung freigegeben. Dabei wird das zweite Probenröhrchen aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen. Es kann aus der Probenkopfanordnung herausfallen, wenn sich die Führungsrichtung insbesondere wie oben angegeben erstreckt.
Anschließend wird die zweite Sperre von ihrer Nichtblockierstellung in ihre Blockierstellung überführt. Dabei berührt sie im Moment kein anderes Probenröhrchen, da das erste Probenröhrchen sich nicht innerhalb des Pfads bewegen kann, da es noch von der ersten Sperre blockiert wird.
Anschließend wird die erste Sperre von einer Blockierstellung in eine Nichtblockierstellung überführt. Dies führt zur Freigabe des ersten Probenröhrchens, so dass es dem ersten Probenröhrchen erlaubt ist, sich entlang der Führungsrichtung hin zur zweiten Sperre zu bewegen. Da das erste Probenröhrchen zuvor das erste Messprobenröhrchen gestützt hat, ist es dem ersten Messprobenröhrchen auch erlaubt, sich entlang der Führungsrichtung hin zur ersten Sperre zu bewegen.
Dann wird das erste Probenröhrchen von der zweiten Sperre blockiert. In dieser Position könnte das erste Probenröhrchen auch als zweites Probenröhrchen bezeichnet werden, da es sich nun in exakt derselben Position befindet, in der sich das zweite Probenröhrchen in einem vorhergehenden Verfahrensschritt befand.
Außerdem wird das erste Messprobenröhrchen durch die erste Sperre blockiert. Das erste Messprobenröhrchen könnte somit in dieser Position auch als erstes Probenröhrchen bezeichnet werden, da es sich nun in exakt derselben Position befindet, in der sich das erste Probenröhrchen in einem vorherigen Verfahrensschritt befand.
Anschließend wird die zweite Sperre von ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung überführt. Dies führt zur Freigabe des ersten Probenröhrchens, so dass es aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen wird. Wie oben angegeben, kann dieser Auswurfvorgang unterstützt (oder ausschließlich durchgeführt) werden durch Schwerkraft, wenn die Probenkopfanordnung vertikal ausgerichtet ist.
Anschließend wird die zweite Sperre wieder von ihrer Nichtblockierstellung in ihre Blockierstellung überführt. Dies gewährleistet, dass bei Freigabe des ersten Messprobenröhrchens durch die erste Sperre, das erste Messprobenröhrchen nicht zu weit fallen kann, so dass es brechen könnte. Vielmehr dient die zweite Sperre dazu, das erste Messprobenröhrchen zu stoppen, ehe es aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen wird.
Anschließend wird die erste Sperre von ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung überführt. Dies führt zu einer Freigabe des ersten Messprobenröhrchens, so dass es ihm erlaubt ist, sich entlang der Führungsrichtung hin zur zweiten Sperre zu bewegen. Wie oben angegeben, blockiert nun die zweite Sperre jedwede weitere Bewegung des ersten Messprobenröhrchens. Somit dient die zweite Sperre als Unterbrechung bzw. Bremse innerhalb des Gesamtvorgangs.
Schließlich wird die zweite Sperre von ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung überführt. Dies führt dazu, dass das erste Messprobenröhrchen freigegeben wird, so dass es sich weiter vorwärts entlang der Führungsrichtung bewegen kann. Folglich wird das erste Messprobenröhrchen aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen.
In einem Aspekt betrifft die vorliegend beanspruchte Erfindung auch ein zweites Verfahren zum Transportieren eines Messprobenröhrchens in den Probenkopf eines NMR-Spektrometers hinein und wieder heraus unter Verwendung einer Probenkopfanordnung gemäß den vorhergehenden Erläuterungen. Dieses zweite Verfahren umfasst die im Folgenden erläuterten Schritte.
Zunächst wird ein erstes Messprobenröhrchen in eine Führungsrichtung in einen Pfad für Probenröhrchen der Probenkopfanordnung eingeführt.
Eine Bewegung des ersten Messprobenröhrchens wird dann durch eine erste der dritten Sperren blockiert. Ist die Probenkopfanordnung vertikal ausgerichtet, ist die erste der dritten Sperren die oberste dritte Sperre (d.h. die von der Hochfrequenzspule am weitesten entfernte dritte Sperre).
Anschließend werden mittlere dritte Sperren, die in der Führungsrichtung hinter der ersten der dritten Sperren angeordnet sind, sequenziell geöffnet und geschlossen. Eine dritte Sperre zu öffnen, bedeutet, sie in ihre Nichtblockierstellung zu überführen. Eine dritte Sperre zu schließen, bedeutet, sie in ihre Blockierstellung zu überführen. Durch diesen sequenziellen Öffnungs- und Schließvorgang wird eine sequentielle Bewegung des ersten Messprobenröhrchens in der Führungsrichtung von einer der dritten Sperren zu einer benachbarten dritten Sperre ermöglicht. Da wechselnde dritte Sperren zu einer anderen Gruppe dritter Sperren gehören, kann das erste Messprobenröhrchen nicht mehr als eine dritte Sperre gleichzeitig passieren. Somit wird eine definierte Bewegung des ersten Messprobenröhrchens entlang der dritten Sperren ermöglicht. Das erste Messprobenröhrchen wird entlang der dritten Sperren bis hin zur letzten der dritten Sperren bewegt. Diese letzte der dritten Sperren ist die der Hochfrequenzspule am nächsten liegende dritte Sperre. Sie kann auch als unterste dritte Sperre bezeichnet werden.
Diese letzte der dritten Sperren wird dann geöffnet, um eine Bewegung des ersten Messprobenröhrchens in der Führungsrichtung hin zur Hochfrequenzspule zu erlauben. Das erste Messprobenröhrchen wird durch ein erstes Probenröhrchen in seiner Bewegung gestoppt, welches selbst durch eine erste Sperre blockiert wird. Im Ergebnis stößt das erste Messprobenröhrchen mit seinem Boden gegen ein Kopfende des ersten Probenröhrchens. Das erste Probenröhrchen ist in einer definierten Position, weil seine Bewegungen durch die erste Sperre blockiert werden. Aufgrund des engen Kontakts des Bodens des ersten Messprobenröhrchens mit dem Kopfende des ersten Probenröhrchens, richtet das erste Probenröhrchen das erste Messprobenröhrchen bezogen auf die Hochfrequenzspule in einer richtigen Messposition aus.
Nun kann eine NMR-Messung an einer innerhalb des ersten Messprobenröhrchens enthaltenen Probe durchgeführt werden.
Anschließend wird die erste Sperre von einer Blockierstellung in eine Nichtblockierstellung überführt (d.h. sie wird geöffnet). Dies führt dazu, dass das erste Probenröhrchen freigegeben wird, so dass es dem ersten Probenröhrchen erlaubt ist, sich entlang der Führungsrichtung zu bewegen. Da es keine weitere Barriere für das erste Probenröhrchen in der Führungsrichtung innerhalb der Bohrung der Probenkopfanordnung gibt, wird das erste Probenröhrchen aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen. Wie oben angegeben kann dieser Auswurfvorgang unterstützt (oder nur durchgeführt) werden durch Schwerkraft, wenn die Probenkopfanordnung vertikal ausgerichtet ist. Zusätzlich bewegt sich das erste Messprobenröhrchen aus seiner Messposition in der Führungsrichtung hin zur und teilweise entlang der ersten Sperre, da das erste Messprobenröhrchen zuvor von dem ersten Probenröhrchen gestützt wurde, welches nun nicht länger vorhanden ist, um das erste Messprobenröhrchen zu stützen.
Dann wird die Bewegung des ersten Messprobenröhrchens durch die erste Sperre blockiert. Das erste Messprobenröhrchen könnte in dieser Position auch als erstes Probenröhrchen bezeichnet werden, da es sich nun in exakt derselben Position befindet, in der sich das erste Probenröhrchen in einem vorherigen Verfahrensschritt befand.
Anschließend wird die erste Sperre abermals geöffnet, so dass sie das erste Messprobenröhrchen freigibt. Das erste Messprobenröhrchen kann sich dann entlang der Führungsrichtung bewegen und kann aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen werden.
Üblicherweise werden NMR-Probenröhrchen nicht nur durch eine NMR-Probenkopfanordnung transportiert, sondern vielmehr einer NMR-Messung der in dem Probenröhrchen enthaltenen Probe ausgesetzt. Solch ein Messschritt wird erledigt, wenn das erste Messprobenröhrchen in einer Messposition positioniert ist, d.h. bevor das erste Probenröhrchen durch Überführen der ersten Sperre von einer Blockierstellung in eine Nichtblockierstellung freigegeben wird. So lange die erste Sperre in ihrer Blockierstellung ist, wird das erste Probenröhrchen ordentlich innerhalb des Pfades justiert, so dass es selbst das erste Messprobenröhrchen in eine richtige Messposition ausrichtet. Dies ist der richtige Zeitpunkt, die NMR-Messung durchzuführen.
Die erläuterten Verfahren sind nicht zum Messen von nur einer in einem einzelnen NMR-Probenröhrchen enthaltenen Probe vorgesehen. Vielmehr sind sie dazu vorgesehen, die Messung einer Reihe von NMR-Proben zu erlauben, um Hochdurchsatzanalysen einer großen Anzahl von Proben zu erlauben. Demzufolge wird in einer Ausführungsform mindestens ein zweites Messprobenröhrchen, insbesondere eine Vielzahl zusätzlicher Messprobenröhrchen, in den Pfad der Probenröhrchen eingeführt, ehe es dem ersten Messprobenröhrchen erlaubt ist, sich entlang der Führungsrichtung hin zur ersten Sperre zu bewegen oder ehe es dem ersten Probenröhrchen erlaubt ist, aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen zu werden. Somit ist es in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass mindestens ein zusätzliches Messprobenröhrchen bereits innerhalb des Probenröhrchen-Pfads der Probenkopfanordnung vorhanden ist. Dann kann eine Voräquilibrierung der in dem Probenröhrchen enthaltenen Probe (z.B. hinsichtlich der Temperatur) durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform, insbesondere des ersten Verfahrens, ruht ein Stapel Probenröhrchen oben auf dem ersten Messprobenröhrchen, ehe es dem ersten Messprobenröhrchen erlaubt ist, sich entlang der Führungsrichtung hin zur ersten Sperre zu bewegen. Somit stützt in dieser Ausführungsform jedes Probenröhrchen ein nachfolgendes Probenröhrchen, das in der Führungsrichtung hinter dem jeweiligen Probenröhrchen angeordnet ist. Ein derartiger selbsttragender Stapel Probenröhrchen ist insbesondere geeignet, entlang der Führungsrichtung innerhalb des Pfads der vorliegend beschriebenen Probenkopfanordnung bewegt zu werden. Es ist jedoch zu bemerken, dass es innerhalb des vorliegend beschriebenen und beanspruchten Verfahrens nicht notwendig ist, einen Stapel Probenröhrchen hinter der Hochfrequenzspule vorzusehen. Es ist vielmehr nur notwendig, die Anordnung zweier Probenröhrchen hinter der Hochfrequenzspule während der Folge von das vorliegend beschriebene Verfahren umsetzenden NMR-Messungen zu erlauben. Das erste Probenröhrchen hinter der Hochfrequenzspule richtet das Messprobenröhrchen aus, in dem die aktuell zu messende Probe enthalten ist. Das zweite Probenröhrchen hinter der Hochfrequenzspule ist in einer Warteposition, in der es darauf wartet, aus der Probenkopfanordnung ausgeworfen zu werden.
In einer Ausführungsform, insbesondere des zweiten Verfahrens, sind mindestens zwei weitere Messprobenröhrchen in dem Pfad für Probenröhrchen vorhanden, bevor das erste Probenröhrchen freigegeben wird. Dabei sorgen die dritten Sperren für einen Abstand zwischen den weiteren Probenröhrchen. Somit berühren diese weiteren Probenröhrchen einander nicht. Die dritten Sperren sind vielmehr derart angeordnet, dass immer Luft zwischen dem Kopfende eines ersten weiteren Probenröhrchens und einem Boden eines nachfolgenden weiteren Probenröhrchens vorhanden ist. Damit baut sich kein Stapel Probenröhrchen auf. Vielmehr sind einzelne Probenröhrchen in dem Pfad für Probenröhrchen vorhanden. Dies führt dazu, dass nur ein geringes Gewicht auf ein einzelnes Probenröhrchen wirken kann, das von der letzten (untersten) dritten Sperre in die Messposition überführt wird, in der es mit seinem Boden ein darunter angeordnetes Probenröhrchen berührt, das in seinen Bewegungen durch die erste Sperre blockiert ist.
Wird jede der dritten Sperren so verstanden, dass sie eine von einem Messprobenröhrchen auf seinem Weg durch den Pfad in der Bohrung hin zur Hochfrequenzspule zu nehmende Stufe darstellt, dann bleibt jede zweite Stufe zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Betriebs der Probenkopfanordnung leer. Zu einem nachfolgenden Zeitpunkt werden die Messprobenröhrchen vorwärts bewegt, so dass die Stufen, die zuvor leer waren, nun durch Probenröhrchen besetzt sind, wobei die jeweiligen anderen zweiten Stufen (welche zuvor durch die Probenröhrchen besetzt waren) nun leer sind.
In einer Ausführungsform, insbesondere des zweiten Verfahrens, wird auch ein Abstand zwischen dem Kopfende des ersten Messprobenröhrchens und dem Boden des weiteren Messprobenröhrchens gebildet, wenn das erste Messprobenröhrchen in seiner Messposition ist und das weitere Messprobenröhrchen durch die unterste der dritten Sperren blockiert wird. Dies bedeutet, dass in dieser Ausführungsform das derzeitige Messprobenröhrchen in seiner Messposition nur ein unter (in der Führungsrichtung hinter) ihm angeordnetes erstes Probenröhrchen berührt. Dann kann eine Ausrichtung dieses aktuellen Messprobenröhrchens nicht durch irgendein anderes einer NMR-Messung noch auszusetzendes Probenröhrchen verfälscht werden.
Nach der NMR-Messung einer in dem aktuellen Messprobenröhrchen enthaltenen Probe, kann das weitere Messprobenröhrchen freigegeben werden, so dass es mit seinem Boden das Kopfende des aktuellen Messprobenröhrchens berührt. Anschließend kann die erste Sperre gelöst werden, um so das erste Probenröhrchen auszuwerfen sowie um eine Bewegung des aktuellen Messprobenröhrchens und des weiteren Messprobenröhrchens in der Führungsrichtung zu erlauben.
Es ist zu bemerken, dass es innerhalb des vorliegend beschriebenen und beanspruchten zweiten Verfahrens nicht notwendig ist, einen Stapel Probenröhrchen hinter der Hochfrequenzspule vorzusehen. Es ist vielmehr nur erforderlich, ein einzelnes hinter der Hochfrequenzspule angeordnetes Probenröhrchen während der Folge von das vorliegend beschriebene Verfahren umsetzenden NMR-Messungen zu erlauben. Dieses Probenröhrchen hinter der Hochfrequenzspule richtet das Messprobenröhrchen aus, das die aktuell zu messende Probe enthält.
In einer weiteren Variante eines der Verfahren werden Probenparameter gemessen, während das Probenröhrchen vor der Hochfrequenzspule positioniert ist. Diese Probenparameter bilden die Grundlage zur Bestimmung oder Schätzung von NMR-Parametern. Diese NMR-Parameter werden dann in einem NMR-Spektrometer voreingestellt, wenn das Probenröhrchen in dem Messbereich des Probenkopfes positioniert wird. Wie oben bereits kurz dargestellt reduziert eine derartige parallele Arbeitsdurchführung die Gesamtmesszeit erheblich. In einigen Fällen mag eine Feinabstimmung der NMR-Parameter noch notwendig sein, nachdem die geschätzten NMR-Parameter eingestellt wurden. Diese Feinabstimmung nimmt jedoch viel weniger Zeit in Anspruch als allgemeine Anpassungen der jeweiligen NMR-Parameter, da die Schwankungsbreite, in der diese Feinabstimmung durchgeführt werden muss, viel geringer ist als in dem Fall, dass gar keine NMR-Parameter für ein spezifisches Probenröhrchen voreingestellt werden. Die bestimmten oder geschätzten NMR-Parameter können durch eine Steuervorrichtung von der verwendeten Probenkopfanordnung zum NMR-Spektrometer (oder einer Steuervorrichtung des NMR-Spektrometers) übertragen werden. Außerdem ist es möglich, dass die Steuervorrichtung der Probenkopfanordnung die gleiche Vorrichtung wie die Steuervorrichtung für das NMR-Spektrometer ist. In solch einem Fall können die beschriebenen Einstellungsvorgänge oder Voreinstellungsvorgänge besonders leicht ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden Tune-Parameter (als spezifisches Beispiel für NMR-Parameter) durch Anpassung eines magnetisches Feldes und einer Offset-Frequenz des NMR-Spektrometers eingestellt, ohne einen Kondensator mechanisch zu betreiben. Solch eine rein magnetische Anpassung, um ein ordentliches Tuning des NMR-Spektrometers zu erreichen, ist viel günstiger als eine mechanische Anpassung, wie sie gemäß NMR-Spektrometern aus dem Stand der Technik durchgeführt wird.
In derartigen NMR-Spektrometern aus dem Stand der Technik wird das Tuning durchgeführt, indem ein Trimmkondensator mechanisch angepasst wird. Diese Anpassung wird regelmäßig durch händisches oder motorbetriebenes Drehen eines Trimmkondensators vorgenommen. Sowohl die verwendeten Motoren als auch insbesondere der Trimmkondensator haben nur eine begrenzte Anzahl von Dreh- oder Bewegungszyklen. Damit ist die Lebensdauer dieser Komponenten begrenzt. Außerdem ist die mechanische Anpassung zum Erreichen eines ordentlichen Tunings langsam und nur schlecht reproduzierbar.
Im Gegensatz dazu ist die magnetische Anpassung gemäß der erläuterten Variante des beanspruchten Verfahrens sehr schnell und höchst reproduzierbar. Es gibt keine Abnutzung irgendwelcher mechanischen Teile. Folglich wird die Lebensdauer des NMR-Spektrometers erhöht, während die Gesamtmesszeit für ein einzelnes Probenröhrchen verringert wird.
Diese magnetische Anpassung der Tune-Parameter kann nicht nur als Teil des beanspruchten Verfahrens durchgeführt werden. Sie kann vielmehr als ein separates, auf alle NMR-Spektrometer anwendbares Tuningverfahren angesehen werden, das eine Vielzahl an günstigen technischen Auswirkungen im Hinblick auf Tuningverfahren aus dem Stand der Technik aufweist. Damit ist ein Verfahren zum Tunen des magnetischen Felds eines NMR-Spektrometers durch Anpassung eines magnetischen Felds und einer Offset-Frequenz des NMR-Spektrometers, ohne einen Kondensator mechanisch zu betreiben, insbesondere ohne einen Trimmkondensator mechanisch zu betreiben, hiermit auch separat offenbart.
Spezifische bezüglich des Verfahrens zur Durchführung einer NMR-Messung beschriebene Ausführungsformen können in äquivalenter Weise angewendet werden auf die beschriebene Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer, auf die beschriebene NMR-Spektrometer-Anordnung, auf die Verfahren zum Transportieren eines Probenröhrchens in einen Probenkopf eines NMR-Spektrometers und aus einem Probenkopf eines NMR-Spektrometers heraus, und umgekehrt. Dabei sind alle beliebigen gewünschten Kombinationen einer der erläuterten spezifischen Ausführungsformen als Bestandteil der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Figuren und Ausführungsbeispiele genauer erläutert werden. Es zeigen:
1 einen Betriebsmodus eines ersten Ausführungsbeispiels einer Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer;
2 einen Betriebsmodus eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer;
3 einen Betriebsmodus eines dritten Ausführungsbeispiels einer Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer;
4A einen ersten Schritt eines Probenröhrchen-Transportvorgangs in einem vierten Ausführungsbeispiel einer Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer,
4B einen zweiten Schritt des Probenröhrchen-Transportvorgangs in dem in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer,
4C einen dritten Schritt des Probenröhrchen-Transportvorgangs in dem in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer,
4D einen vierten Schritt des Probenröhrchen-Transportvorgangs in dem in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer,
4E einen fünften Schritt des Probenröhrchen-Transportvorgangs in dem in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer,
4F einen sechsten Schritt des Probenröhrchen-Transportvorgangs in dem in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer,
4G einen siebten Schritt des Probenröhrchen-Transportvorgangs in dem in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiels der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer, und
5 eine Übersichtsdarstellung eines Betriebsmodus des in der 4A gezeigten vierten Ausführungsbeispiels der Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer.
Die 1 ist eine schematische Darstellung einer Probenkopfanordnung 1 umfassend einen Probenkopf 2 für ein NMR-Spektrometer. Entlang der vertikalen Achse des Probenkopfes 2 ist eine zentral ausgerichtete Bohrung 3 in dem Probenkopf 2 vorgesehen. Diese Bohrung 3 definiert einen Pfad für NMR-Probenröhrchen.
Etwa im Zentrum der Bohrung 3 ist eine Hochfrequenzspule 4 angeordnet, die in der Lage ist, hochfrequente magnetische Impulse zu erzeugen, die für eine NMR-Messung benötigt werden.
Die Hochfrequenzspule 4 definiert eine Messzone 40, die sich in einem von der Hochfrequenzspule 4 umgebenen Raum befindet. Die Messzone 40 dient als Messbereich. Um das erste Messprobenröhrchen 5 einer NMR-Messung auszusetzen, wird dieses erste Messprobenröhrchen 5 in einer Führungsrichtung GD hin zur Messzone 40 eingeführt.
Bevor eine in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltene Probe einer NMR-Messung in der Messzone 40 ausgesetzt wird, sind spezifische Probeneigenschaften der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe durch einen Sender und Empfänger von Hochfrequenzimpulsen 6 bestimmt worden, der als Vormessvorrichtung dient. Der Sender und Empfänger 6 definiert eine Vormesszone 60, die als Vormessbereich dient und sich in der Führungsrichtung GD vor der Messzone 40 befindet.
Durch den Sender und Empfänger 6 sind die Durchlässigkeit und die Probensuszeptibilität der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe bereits bestimmt worden. Außerdem werden in dem in der 1 dargestellten Betriebsmodus die Durchlässigkeit und die Suszeptibilität einer in dem ersten weiteren Probenröhrchen 7 enthaltenen Probe derzeit bestimmt.
Die Bestimmung der Durchlässigkeit und der Suszeptibilität der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe dient der Anpassung von Shim- und Match-Parametern der Probenkopfanordnung 1. Somit sind die relevanten Match- und Shim-Parameter, wenn das erste Messprobenröhrchen 5 in die Bohrung 3 der Probenkopfanordnung 1 eintritt und sich in der Messzone 40 befindet, bereits auf die für eine präzise NMR-Messung der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe geeigneten Werte eingestellt.
Es ist möglich, verschiedene Vormessvorrichtungen 6 zu verwenden, die aufeinanderfolgend in der Führungsrichtung GD vor der Hochfrequenzspule 4 angeordnet sein können, und somit verschiedene Vormesszonen 60 definieren. Es ist auch möglich, verschiedene Vormessvorrichtungen 6 in etwa derselben Position bezogen auf die Hochfrequenzspule 4 vor der Hochfrequenzspule 4 anzuordnen, so dass verschiedene Vormessvorrichtungen 6 dieselbe Vormesszone 60 verwenden, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Probenkopfanordnung 1, wobei für die gleichen Elemente die gleichen Bezugsziffern wie in der 1 verwendet werden.
In dem in der 2 gezeigten Betriebsmodus der Probenkopfanordnung 1 wird ein erstes Messprobenröhrchen 5 bezogen auf die Hochfrequenzspule 4 derart positioniert, dass die in dem ersten Messröhrchen 5 enthaltene Probe einer NMR-Messung ausgesetzt werden kann.
Das erste Messprobenröhrchen 5 wird gestützt und ausgerichtet durch ein erstes Probenröhrchen 8, das direkt unter dem ersten Messprobenröhrchen 5 angeordnet ist. Eine Probenröhrchenkappe 9 des ersten Probenröhrchens 8 stößt gegen den Boden des ersten Messprobenröhrchens 5.
Das erste Probenröhrchen 8 wird durch ein Paar Nocken 10, die als erste Sperre dienen, in einer definierten Position gehalten. Die Nocken 10 greifen laterale Seiten des ersten Probenröhrchens 8 derart, dass das erste Probenröhrchen 8 in einer definierten Position fixiert ist. Dies wird in dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel so gemacht, dass die Probenröhrchenkappe 9 ein wenig über die lateralen Seiten des ersten Probenröhrchens 8 herausragt, so dass die Nocken 10 die Probenröhrchenkappe 9 derart stützen, dass es nicht entlang der Nocken 10 gleiten kann, wenn sie, wie in der 2 gezeigt, in ihrer Blockierstellung sind.
Es ist möglich, die Nocken 10 in eine Nichtblockierstellung zu bewegen, in der der Abstand zwischen den Nocken 10 und den lateralen Seiten des ersten Probenröhrchens 8 bzw. der Probenröhrchenkappe 9 groß genug ist, so dass das erste Probenröhrchen 8 die Nocken 10 passieren kann.
Unterhalb des ersten Probenröhrchens 8 ist ein zweites Probenröhrchen 11 angeordnet, das durch eine Unterbrechung oder Bremse 12, die als zweite Sperre dient, gestützt werden kann. In einer Blockierstellung stößt die Unterbrechung 12 gegen einen unteren Abschnitt (wie etwa den Boden) des zweiten Probenröhrchens 11. In der 2 wird die Unterbrechung 12 in einer Stellung gezeigt, in der sie aus ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung bewegt wird. In ihrer Nichtblockierstellung stützt die Unterbrechung 12 das zweite Probenröhrchen 11 nicht länger, so dass das zweite Probenröhrchen 11 aufgrund der Schwerkraft aus der Bohrung 3 fallen kann. Dies wird für ein vorheriges Probenröhrchen 13 gezeigt, das vor dem zweiten Probenröhrchen 9 durch die Unterbrechung 10 gestützt worden war.
Um eine gute Temperaturäquilibrierung der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe zu erlauben, wird ein erster Luftstrom 14 von einer unteren Seite des Probenkopfes 2 in die Bohrung 3 des Probenkopfes 2 eingeführt. Dieser erste Luftstrom 14 weist eine definierte Temperatur auf und sorgt für definierte Messbedingungen der zu messenden Probe. Der erste Luftstrom 14 wird nicht nur von der unteren Seite des Probenkopfes 2 eingeführt, er tritt auch wieder an seiner unteren Seite aus dem Probenkopf 2 aus. Somit wird er entlang einem Strömungsweg geführt, der einen Richtungswechsel des ersten Luftstroms 14 erlaubt. Dieser Strömungsweg wird durch eine Führungsstange bereitgestellt, die in der schematischen Darstellung der 2 nicht gezeigt ist.
Aus der 2 wird deutlich, dass für den ordentlichen Betrieb der Probenkopfanordnung 1 ein Minimum von drei Probenröhrchen (nämlich das erste Messprobenröhrchen 5, das erste Probenröhrchen 8, und das zweite Probenröhrchen 11) gebraucht werden. Ist die Messung der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe abgeschlossen, öffnet sich die Unterbrechung 12, so dass das zweite Messprobenröhrchen 11 aus der Bohrung 3 des Probenkopfes 2 fallen kann. Bereits zuvor war ein zuvor gemessenes Probenröhrchen 13 aus der Bohrung 3 gefallen. Das erste Probenröhrchen 8 wird noch mittels der Nocken 10 in Position gehalten, und auch das erste Messprobenröhrchen 5 kann sich nicht entlang der Führungsrichtung GD bewegen, da es durch das erste Probenröhrchen 8 gestützt wird.
Anschließend wird die Unterbrechung 12 von ihrer offenen (Nichtblockier-)Stellung in ihre geschlossene (Blockier-)Stellung bewegt. Dann bewegen sich die Nocken 10 weg von den Seiten des ersten Probenröhrchens 8, d.h. sie werden von der Blockierstellung in die Nichtblockierstellung bewegt. Dies führt dazu, dass das erste Probenröhrchen 8 sich in der Führungsrichtung GD vorwärts bewegt, bis sein Boden die Unterbrechung 12 berührt.
Gleichzeitig bewegt sich das erste Messprobenröhrchen 5 in die Führungsrichtung GD vorwärts, wobei seine Bewegung durch die Nocken 10 gestoppt wird, so dass das erste Messprobenröhrchen 5 die Position einnimmt, die zuvor von dem ersten Probenröhrchen 8 belegt war. Nun kann eine NMR-Messung der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe durchgeführt werden.
Anschließend öffnet sich die Unterbrechung 12 wieder und das erste Probenröhrchen 8 kann aus der Bohrung 3 des Probenkopfes 2 fallen. Dann schließt sich die Unterbrechung 12 wieder und die Nocken 10 geben das erste Messprobenröhrchen 5 frei. Dieses bewegt sich dann in der Führungsrichtung GD vorwärts hin zu der Unterbrechung 12 und wird durch die Unterbrechung 12 gestützt. Anschließend öffnet sich die Unterbrechung 12 wieder und das erste Messprobenröhrchen 5 kann aus der Bohrung 3 des Probenkopfes 2 fallen.
Wenn eine in einem weiteren Messprobenröhrchen 7 enthaltene Probe gemessen werden soll, ist dieses weitere Messprobenröhrchen 7 in der Führungsrichtung GD in die Bohrung 3 des Probenkopfes 2 einzuführen.
Um präzise und synchronisierte Bewegung der Nocken 10 und Unterbrechung 12 zu ermöglichen, ist angrenzend an den Probenkopf 2 ein Motor 15 angeordnet. Dieser Motor 15 wird durch eine Steuervorrichtung gesteuert, die die gleiche Steuervorrichtung sein kann, die den gesamten NMR-Messvorgang steuert.
Die in der 2 gezeigte Probenkopfanordnung 1 ist zur Verwendung für eine große Anzahl an aufeinanderfolgend zu messende Proben enthaltenden Probenröhrchen in einem Hochdurchsatzmessvorgang vorgesehen. Dies ist in der 3 dargestellt.
Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Probenkopfanordnung 1, wobei für die gleichen Elemente abermals die gleichen Bezugsziffern wie in den 1 und 2 verwendet werden.
In dem Betriebsmodus der in der 3 gezeigten Ausführungsform ist nicht nur ein einzelnes erstes Messröhrchen 5, sondern vielmehr eine Warteschlange oder ein Stapel 16 weiterer Messprobenröhrchen 7 in der Führungsrichtung GD vor der Hochfrequenzspule 4 vorgesehen. Während die Gesamtfunktion der Ausführungsform der 3 der Funktion der in der 2 gezeigten Ausführungsform gleicht, wird deutlich, dass bei dem in der 2 gezeigten Betriebsmodus ein neues weiteres Messprobenröhrchen 7 in der Führungsrichtung GD in die Bohrung 3 eingeführt wird, wann immer ein bereits gemessenes Probenröhrchen 13 aus der Bohrung 3 ausgeworfen wird.
Dabei ist der Stapel 16 zu messende Proben enthaltender Messprobenröhrchen derart angeordnet, dass jedes untere Probenröhrchen das benachbarte höhere Probenröhrchen stützt. Dabei stößt der Boden jedes höheren Probenröhrchens gegen eine Probenröhrchenkappe des jeweils benachbarten unteren Probenröhrchens. Der Stapel 16 Messprobenröhrchen – sowie das erste Messprobenröhrchen 5 – wird am Ende durch das erste Probenröhrchen 6 gestützt, das von den Nocken 8 gehalten wird. Somit müssen die Nocken 8 derart konstruiert werden, dass es ihnen möglich ist, den ganzen Stapel 16 Messprobenröhrchen zu stützen.
Wie bereits oben erwähnt, wird eine NMR-Messung üblicherweise bei einer spezifischen Temperatur durchgeführt. Um eine Temperaturvoräquilibrierung der in den weiteren Probenröhrchen 7 des Stapels 16 Messprobenröhrchen enthaltenen Proben zu erreichen, wird ein zweiter Luftstrom 17 vom Kopfende der Bohrung 3 in die Bohrung 3 eingeführt. Dabei tritt dieser zweite Luftstrom 17 aus der Bohrung 3 auch am Kopfende der Bohrung 3 aus. Somit – wie im Fall des ersten Luftstroms 14 – wird ein Luftstromkanal innerhalb der Bohrung 3 definiert, der eine Richtungsverschiebung des zweiten Luftstroms 17 erlaubt. Dieser Luftstromkanal kann abermals durch eine Führungsstange bereitgestellt werden, die wiederum dazu dient, den Stapel 16 weiterer Messprobenröhrchen 7 hin zur Hochfrequenzspule 4 zu führen.
Eine derartige Temperaturvoräquilibrierung sorgt für eine Reduzierung der Zeit, die notwendig ist, um die in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltene Probe in der Messposition abschließend zu äquilibrieren. Somit wird Zeit gespart, so dass die Gesamtanzahl der Messungen pro Zeitintervall erhöht wird.
Es ist zu bemerken, dass die Nocken 10 und die Unterbrechung 12 derart synchronisiert sind, dass es nicht möglich ist, dass sowohl die Nocken 10 als auch die Unterbrechung 12 in ihrer Nichtblockierstellung sind. Entweder blockieren die Nocken 10 das erste Probenröhrchen 8 oder die Unterbrechung 12 blockiert das zweite Probenröhrchen 11 oder sowohl die Nocken 10 als auch die Unterbrechung 12 blockieren das jeweilige Probenröhrchen 6, 9. Aufgrund dieser Anordnung ist es gewährleistet, dass die Probenröhrchen keine zu große Distanz fallen, wenn sie aus dem Probenkopf 2 ausgeworfen werden.
Dies ist insbesondere wichtig, wenn die Probenkopfanordnung für Hochdurchsatzanalysen verwendet wird. In solch einem Fall ruht der Stapel 16 weiterer Messprobenröhrchen 7 auf dem ersten von den Nocken 10 gehaltenen Probenröhrchen 8. Wäre es diesem ersten Probenröhrchen 8 erlaubt, direkt aus dem Probenkopf 2 ausgeworfen zu werden, würden nicht nur die Schwerkräfte aufgrund seines eigenen Gewichts dafür sorgen, dass es in der Führungsrichtung GD ausgeworfen wird, sondern auch Schwerkräfte aufgrund des Gewichts des auf dem ersten Probenröhrchen 8 ruhenden Stapels 16 weiterer Messprobenröhrchen 7. Indem nur eine Bewegung des ersten Probenröhrchens 8 hin zu der Unterbrechung 12 erlaubt wird, wird eine Entkopplung zwischen dem Stapel 16 weiterer Messprobenröhrchen 7 und dem nun auf der Unterbrechung 12 ruhenden ersten Probenröhrchen 8 erreicht. Wenn die Unterbrechung 12 sich nun öffnet und das darauf ruhende Probenröhrchen freigibt, wird dieses Probenröhrchen nicht zusätzlich durch den ganzen Stapel 16 weiterer Messprobenröhrchen 7 gedrückt, sondern wird vielmehr einfach aufgrund seines eigenen Gewichts aus dem Probenkopf 2 fallen. Dies gewährleistet, dass jedes Probenröhrchen derart aus dem Probenkopf 2 ausgeworfen werden kann, dass es nicht brechen wird, nachdem es ausgeworfen wurde. Zusätzlich kann ein gepolsterter Probenröhrchen-Auffang vorgesehen sein, der eine sanfte Landung der aus dem Probenkopf 2 ausgeworfenen Probenröhrchen erlaubt.
Die 4A bis 4G zeigen eine vierte Ausführungsform einer Probenkopfanordnung 1, wobei für die gleichen Elemente die gleichen Bezugsziffern wie in der 1 verwendet werden.
Das erste Probenröhrchen 8 wird durch ein Paar erster Nocken 10, die als erste Sperre dienen, in einer definierten Position gehalten. Die ersten Nocken 10 greifen laterale Seiten des ersten Probenröhrchens 8 derart, dass das erste Probenröhrchen 8 in einer definierten Position fixiert ist. Dies wird in dem in der 1A gezeigten Ausführungsbeispiel derart gemacht, dass die Probenröhrchenkappe 9 ein wenig über die lateralen Seiten des ersten Probenröhrchens 8 herausragt, so dass die ersten Nocken 10 die Probenröhrchenkappe 9 so stützen, dass es nicht entlang der ersten Nocken 8 gleiten kann, wenn sie in der Blockierstellung sind.
Es ist möglich, die ersten Nocken 10 in eine Nichtblockierstellung zu bewegen, in welcher der Abstand zwischen den ersten Nocken 10 und den lateralen Seiten des ersten Probenröhrchens 8 bzw. der Probenröhrchenkappe 9, ausreichend groß ist, so dass das erste Probenröhrchen 8 die ersten Nocken 10 passieren kann.
Ein erstes Messprobenröhrchen 5 ist auch innerhalb der Bohrung 3 an einem Eingang der Bohrung 3 an einer oberen Position derselben vorhanden. Dieses erste Messprobenröhrchen 5 wird in seiner Position gehalten durch zwei oberste weitere Nocken 18, die als eine dritte Sperre dienen, oder, genauer gesagt, als die oberste dritte Sperre aller dritten Sperren. Unter den zwei obersten weiteren Nocken 18 sind drei Paare mittlerer weiterer Nocken 19, 20, 21 angeordnet, die als mittlere dritte Sperren dienen. Aufeinanderfolgend in einer Führungsrichtung GD sind zwei unterste weitere Nocken 22 angeordnet. Die obersten weiteren Nocken 18, die mittleren weiteren Nocken 20 und die untersten weiteren Nocken 22 gehören zu einer ersten Gruppe weiterer Nocken. Gleichermaßen gehören die mittleren weiteren Nocken 19 und 21 zu einer zweiten Gruppe weiterer Nocken.
Wenn nun die erste Gruppe weiterer Nocken von ihrer geschlossenen (Blockier-)Stellung in ihre offene (Nichtblockier-)Stellung überführt wird, wird die zweite Gruppe weiterer Nocken von ihrer Nichtblockierstellung in ihre Blockierstellung überführt. Somit kann sich das erste Messprobenröhrchen 5 in der Führungsrichtung GD von den obersten weiteren Nocken 18 zu dem ersten Paar mittlerer weiterer Nocken 19 bewegen. Dies wird in der 4B gezeigt. Es ist jedoch keine weitere Bewegung des ersten Messprobenröhrchens 5 möglich, da das erste Paar mittlerer weiterer Nocken 19 in seiner Blockierstellung steht und somit das erste Messprobenröhrchen 5 blockiert.
Anschließend wird die zweite Gruppe weiterer Nocken von ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung überführt, während die erste Gruppe von Nocken von ihrer Nichtblockierstellung zurück in ihre Blockierstellung überführt wird. Dies leitet eine Bewegung des ersten Messprobenröhrchens 5 von dem ersten Paar mittlerer weiterer Nocken 19 zu einem zweiten Paar mittlerer weiterer Nocken 20 ein. Dies wird in der 4C gezeigt.
Nun wird dieser Vorgang des aufeinanderfolgenden Öffnens und Schließens weiterer Nocken 18, 19, 20, 21, 22, die alle als obere Nocken bezeichnet werden können, da sie über der Hochfrequenzspule 4 angeordnet sind, wiederholt, so dass eine fortlaufende Bewegung des ersten Messprobenröhrchens 5 in der Führungsrichtung GD ermöglicht wird.
In der 4D wird das erste Messprobenröhrchen 5 entlang der Führungsrichtung GD weiter vorwärts bewegt, so dass es nun durch ein letztes Paar mittlerer weiterer Nocken 21 gehalten wird.
Wie in der 4E gezeigt, wird das erste Messprobenröhrchen 5 dann weiter vorwärts hin zu einem letzten (oder untersten) Paar weiterer Nocken 22 bewegt und wird durch diese letzten weiteren Nocken 22 in seiner Position gehalten.
Wie in der 4F gezeigt, fällt das erste Messprobenröhrchen 5, nachdem das erste Messprobenröhrchen 5 von dem untersten Paar weiterer Nocken 22 durch Überführen des untersten Paars weiterer Nocken 22 von seiner Blockierstellung in seine Nichtblockierstellung freigegeben wurde, auf die Kappe 9 des ersten Probenröhrchens 8, welches noch durch die ersten Nocken 10 in Position gehalten wird. Das erste Messprobenröhrchen 5 ist jetzt in seiner richtigen Messposition, in der die Hochfrequenzspule 4 hochfrequente magnetische Impulse in eine innerhalb des ersten Messprobenröhrchens 5 enthaltene Probe einführen kann. Eine NMR-Messung kann erfolgen.
Anschließend wird das erste Probenröhrchen 8 von den ersten Nocken 10 durch Überführen der ersten Nocken 10 von ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung freigegeben. Dies führt zu einem Auswurf des ersten Probenröhrchens 8 aus der Probenkopfanordnung 1. Die ersten Nocken 10 werden dann von ihrer Nichtblockierstellung zurück in ihre Blockierstellung überführt, um eine weitere Bewegung des ersten Messprobenröhrchens 5 zu blockieren. Dies wird in der 4G gezeigt.
Anschließend wird auch das erste Messprobenröhrchen 5, das nun von den ersten Nocken 10 in seiner Position gehalten wird, von den ersten Nocken 10 freigegeben und aufgrund der Schwerkraft aus der Probenkopfanordnung 1 ausgeworfen durch Überführen der ersten Nocken 10 von ihrer Blockierstellung in ihre Nichtblockierstellung.
In allen der 4A bis 4G ist ein erster Motor 14 zum Antrieb der ersten Nocken 10 sowie ein zweiter Motor 23 zum Antrieb der weiteren Nocken 18, 19, 20, 21, 22 zu erkennen. Es ist auch möglich, nur einen einzigen Motor zu verwenden, um alle Nocken anzutreiben.
Um eine präzise und synchronisierte Bewegung der ersten Nocken 10 und der weiteren Nocken 18, 19, 20, 21, 22 zu erlauben, werden die Motoren 14, 23 durch eine Steuervorrichtung gesteuert, die die gleiche Steuervorrichtung sein kann, die den gesamten NMR-Messvorgang steuert.
Die in den 4A bis 4G gezeigte Probenkopfanordnung 1 ist zur Verwendung für eine große Anzahl von Probenröhrchen vorgesehen, die aufeinanderfolgend in einem Hochdurchsatzmessverfahren zu messende Proben enthalten. Dies ist in der 5 dargestellt.
Somit zeigt die 5 einen anderen Betriebsmodus der bereits aus den 4A bis 4G bekannten Ausführungsform. Dieser Betriebsmodus spiegelt ein Hochdurchsatzverfahren wider, bei dem eine große Anzahl einzelner Probenröhrchen in die Probenkopfanordnung 1 eingeführt wird und durch von der Hochfrequenzspule 4 emittierten magnetischen Impulsen innerhalb der Probenkopfanordnung 1 gemessen wird. Die gleichen Bezugsziffern wie in den 4A bis 4G werden für die gleichen Elemente verwendet.
Anstatt nur einem einzigen ersten Messprobenröhrchen 5 ist bereits eine Vielzahl weiterer Messprobenröhrchen 7 innerhalb der Bohrung 3 der Probenkopfanordnung 1 vorhanden. Ein anderes weiteres Messröhrchen 24 wartet darauf, in den Probenkopf 3 der Probenkopfanordnung 1 eingeführt zu werden. Außerdem ist, neben dem einzelnen ersten Probenröhrchen 8, ein anderes Probenröhrchen 13 bereits vor der Messung des Messprobenröhrchens 5 einer NMR-Messung ausgesetzt worden und wird derzeit aus der Bohrung 3 der Probenkopfanordnung 1 ausgeworfen.
Um eine gute Temperaturäquilibrierung der in dem ersten Messprobenröhrchen 5 enthaltenen Probe zu erlauben, wird von einer unteren Seite des Probenkopfes 2 ein erster Luftstrom 14 in die Bohrung 3 des Probenkopfes 2 eingeführt. Dieser erste Luftstrom 14 weist eine definierte Temperatur auf und sorgt für definierte Messbedingungen der zu messenden Probe. Der erste Luftstrom 14 wird nicht nur von der unteren Seite des Probenkopfes 2 eingeführt, er tritt auch wieder an seiner unteren Seite aus dem Probenkopf 2 aus. Somit wird er entlang einem Strömungsweg geführt, der einen Richtungswechsel des ersten Luftstroms 14 erlaubt. Dieser Strömungsweg wird durch eine Führungsstange bereitgestellt, die in der schematischen Darstellung der 5 nicht gezeigt wird.
Während die Gesamtfunktion der Ausführungsform der 5 der Funktion der in den 4A bis 4G gezeigten Ausführungsform gleicht, wird deutlich, dass in dem in der 5 gezeigten Betriebsmodus ein neues Messprobenröhrchen in der Führungsrichtung GD in die Bohrung 3 eingeführt wird, wann immer ein bereits gemessenes Probenröhrchen aus der Bohrung 3 ausgeworfen wird.
Dabei berühren die weiteren Messprobenröhrchen 7 einander nicht. Somit bilden sie keinen Stapel Probenröhrchen. Vielmehr ist Luft 25 zwischen den einzelnen weiteren Probenröhrchen 7 vorhanden. Dies ist mit dem technischen Effekt verbunden, dass das unterste der weiteren Messprobenröhrchen 7 nicht von irgendwelchen weiteren Messprobenröhrchen 7 gedrückt wird, wenn es sich weiter in der Führungsrichtung GD hin zur Messposition bewegt, in der es von dem ersten Probenröhrchen 8 gestützt wird (wobei ein anderes Probenröhrchen dann die Position des ersten Probenröhrchens 8 einnimmt).
Wie bereits oben erwähnt wird eine NMR-Messung üblicherweise bei einer spezifischen Temperatur durchgeführt. Um eine Temperaturvoräquilibrierung der in den weiteren Messprobenröhrchen 7 enthaltenen Proben zu erreichen, wird ein zweiter Luftstrom 17 vom Kopfende der Bohrung 3 her in die Bohrung 3 eingeführt. Dabei tritt dieser zweite Luftstrom 17 auch zum Kopfende der Bohrung 3 hin aus der Bohrung 3 aus. Somit wird – wie im Fall des ersten Luftstroms 14 – ein Luftstromkanal innerhalb der Bohrung 3 definiert, der eine Richtungsverschiebung des zweiten Luftstroms 17 erlaubt. Dieser Luftstromkanal kann abermals durch eine Führungsstange bereitgestellt werden, die zum Stützen der weiteren Nocken 18, 19, 20, 21, 22 verwendet werden kann.
Wie aus 5 ersichtlich, gibt es immer einen Abstand zwischen dem untersten der weiteren Messprobenröhrchen 7 und dem ersten Messprobenröhrchen 5 solange das unterste Paar weiterer Nocken 22 in seiner Blockierstellung ist. Wird das unterste der weiteren Probenröhrchen 7 durch die untersten weiteren Nocken 22 freigegeben, kann es auf das erste Messprobenröhrchen 5 fallen. Dieser Schritt wird üblicherweise durchgeführt, wenn die ersten Nocken 10 das erste Probenröhrchen 8 bereits freigegeben haben, indem sie in ihre Nichtblockierstellung überführt wurden. Dann drückt nur das erste Messprobenröhrchen 5 gegen das erste Probenröhrchen 6, wenn letzteres aus der Bohrung 3 ausgeworfen wird. Anschließend berührt das unterste der weiteren Messprobenröhrchen 7 das Kopfende des ersten Messprobenröhrchens 5, so dass von dem untersten der weiteren Messprobenröhrchen 7 kein Impuls auf das erste Probenröhrchen 8, das ausgeworfen wird, übertragen wird. Aufgrund dieser Anordnung kann das erste Probenröhrchen 8 sowie jedes weitere Probenröhrchen ausgeworfen werden, ohne befürchten zu müssen, dass es beim Auswerfen bricht. Zusätzlich kann ein gepolsterter Probenröhrchen-Auffang vorgesehen sein, der eine sanfte Landung der aus dem Probenkopf 2 ausgeworfenen Probenröhrchen erlaubt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5146166 A [0005]
WO 2004/005952 A1 [0006]
US 6768305 B1 [0007]

Claims

Verfahren zur Durchführung einer NMR-Messung an einem in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe unter Verwendung eines NMR-Spektrometers, die folgenden Schritte umfassend: • Zuführen eines ersten Messprobenröhrchens (5) in eine Führungsrichtung (GD) in einen Vormessbereich (60), der sich in der Führungsrichtung (GD) vor einem Messbereich (40) des NMR-Spektrometers befindet, wobei der Vormessbereich (60) zum Messen eines Probenparameters einer in dem ersten Messprobenröhrchen (5) enthaltenen Probe angeordnet und ausgebildet ist, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen, • Zuführen des ersten Messprobenröhrchens (5) in der Führungsrichtung (GD) hin zum Messbereich (40), • Einstellen des zuvor bestimmten oder geschätzten NMR-Parameters, • Durchführen einer NMR-Messung der in dem ersten Messprobenröhrchen (5) enthaltenen Probe auf Basis des eingestellten NMR-Parameters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die NMR-Messung unmittelbar durchgeführt wird, nachdem das erste Messprobenröhrchen (5) seine beabsichtigte Messposition in dem Messbereich (40) erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Vormessbereich (60) gemessene Probenparameter mindestens ein aus der Gruppe umfassend Durchlässigkeit der Probe, Suszeptibilität der Probe, Temperatur der Probe, optische Dichte der Probe, Trübung der Probe, Inhomogenität der Probe, Füllstand des ersten Messprobenröhrchens (5) und Hochfrequenzabschirmungseigenschaften der Probe, gewählter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschätzte oder bestimmte NMR-Parameter mindestens einer aus der Gruppe umfassend einen Tune-Parameter, einen Match-Parameter und einen Shim-Parameter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messprobenröhrchen (5) ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und während einer NMR-Messung der in dem ersten Probenröhrchen (5) enthaltenen Probe an seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende in dem Messbereich befestigt ist.
Probenkopfanordnung für ein NMR-Spektrometer, umfassend eine Bohrung (3), in der ein Pfad für durch die Probenkopfanordnung (1) in eine Führungsrichtung (GD) zu führende Probenröhrchen definiert ist und umfassend eine Hochfrequenzspule (4) zur Erzeugung hochfrequenter magnetischer Impulse, wobei die Hochfrequenzspule (4) einen Messbereich (40) zur Durchführung einer NMR-Messung einer in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen sich innerhalb der Bohrung (3) befindlichen Probenröhrchen-Transportmechanismus umfasst, der dazu dient, die Probenröhrchen ausschließlich in die Führungsrichtung (GD) durch die Bohrung (3) zu führen und der weiter dazu dient, eine Bewegung der Probenröhrchen zu blockieren, so dass ein eine zu messende Probe enthaltendes Probenröhrchen während eines definierten Zeitraums in dem Messbereich (40) gehalten wird, wodurch eine NMR-Messung der Probe ermöglicht wird.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine einen Vormessbereich (60) vor dem Messbereich (40) in der Führungsrichtung (GD) definierende Vormessvorrichtung (6) umfasst, wobei die Vormessvorrichtung (6) angeordnet und ausgebildet ist zum Messen eines Probenparameters einer in einem vor der Hochfrequenzspule (4) positionierten Probenröhrchen enthaltenen Probe, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Röhrchen-Transportmechanismus umfasst: • eine erste Sperre (10) zum Blockieren einer Bewegung eines ersten Probenröhrchens (8) entlang der Führungsrichtung (GD), wobei die erste Sperre (10) von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführbar ist und umgekehrt, • eine zweite Sperre (12) zum Blockieren einer Bewegung eines zweiten Probenröhrchens (11) entlang der Führungsrichtung (GD), wobei die zweite Sperre (12) von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführbar ist und umgekehrt, wobei die erste Sperre (10) und die zweite Sperre (12) derart miteinander in Wirkverbindung stehen, dass die erste Sperre (10) nicht in ihrer Nichtblockierstellung sein kann, wenn die zweite Sperre (12) in ihrer Nichtblockierstellung ist.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sperre (10) und die zweite Sperre (12) derart miteinander in Wirkverbindung stehen, dass die erste Sperre (10) in ihrer Nichtblockierstellung ist, wenn die zweite Sperre (12) in ihrer Blockierstellung ist, und dass die erste Sperre (10) in ihrer Blockierstellung ist, wenn die zweite Sperre (12) in ihrer Nichtblockierstellung ist.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sperre (12) sich innerhalb der Bohrung (3) in der Führungsrichtung (GD) hinter der ersten Sperre (10) befindet, so dass während des beabsichtigten Betriebs der Probenkopfanordnung die zweite Sperre (12) in ihrer Blockierstellung ein zweites Probenröhrchen (11) blockiert, das bereits die Hochfrequenzspule (4) und die erste Sperre (10) passiert hat und an ein erstes Probenröhrchen (8) angrenzt, welches wiederum bezogen auf die erste Sperre (10) derart positioniert ist, dass eine Bewegung des ersten Probenröhrchen (8) durch die erste Sperre (10) blockiert werden kann, wenn die erste Sperre (10) in ihrer Blockierstellung ist.
Probenkopfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sperre (12) mindestens ein Stützelement aufweist zum Stützen einer Unterseite eines zweiten Probenröhrchens (11), wenn die zweite Sperre (12) in ihrer Blockierstellung ist.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Röhrchen-Transportmechanismus umfasst: • eine erste Sperre (10) zum Blockieren einer Bewegung eines ersten Probenröhrchens (8) entlang der Führungsrichtung (GD), wobei die erste Sperre (10) von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführbar ist und umgekehrt, • mindestens zwei dritte Sperren (18, 19, 20, 21, 22) zum Blockieren einer Bewegung eines ersten Messprobenröhrchens (5) entlang der Führungsrichtung (GD), wobei jede der dritten Sperren (18, 19, 20, 21, 22) von einer Nichtblockierstellung in eine Blockierstellung überführbar ist und umgekehrt, wobei die erste Sperre (10) in der Führungsrichtung (GD) hinter der Hochfrequenzspule (4) angeordnet ist und die dritten Sperren (18, 19, 20, 21, 22) in der Führungsrichtung (GD) vor der Hochfrequenzspule (4) angeordnet sind.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Sperren (18, 19, 20, 21, 22) in einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe gruppiert sind, wobei jede zweite der dritten Sperren (18, 20, 22) zur ersten Gruppe gehört, und die übrigen dritten Sperren (19, 21) zur zweiten Gruppe gehören, wobei die dritten Sperren derart miteinander in Wirkverbindung stehen, dass alle dritten Sperren (18, 20, 22) der ersten Gruppe gleichzeitig in ihrer Blockierstellung oder in ihrer Nichtblockierstellung sind, und dass alle dritten Sperren (19, 21) der zweiten Gruppe gleichzeitig in ihrer Blockierstellung oder in ihrer Nichtblockierstellung sind, und dass die dritten Sperren (18, 20, 22) der ersten Gruppe und die dritten Sperren (19, 21) der zweiten Gruppe nicht gleichzeitig in ihrer Nichtblockierstellung sein können.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Sperren (19, 21) der zweiten Gruppe in ihrer Blockierstellung sind, wenn die dritten Sperren (18, 20, 22) der ersten Gruppe in ihrer Nichtblockierstellung sind, und/oder umgekehrt.
Probenkopfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens die erste Sperre (10) und/oder die zweite Sperre (12) und/oder die dritten Sperren (18, 19, 20, 21, 22) und Kombinationen davon innerhalb der Bohrung (3) befinden, wobei mindestens die erste Sperre (10) und/oder die zweite Sperre, und Kombinationen davon sich in der Führungsrichtung (GD) hinter der Hochfrequenzspule (4) befinden.
Probenkopfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Sperre (10) innerhalb der Bohrung (3) in der Führungsrichtung (GD) hinter der Hochfrequenzspule (4) befindet, so dass während des beabsichtigten Betriebs der Probenkopfanordnung die erste Sperre (10) in ihrer Blockierstellung ein erstes Probenröhrchen (8) sperrt, das bereits die Hochfrequenzspule (4) passiert hat und an ein Messprobenröhrchen (5) angrenzt, welches wiederum bezogen auf die Hochfrequenzspule (4) derart positioniert ist, dass eine in dem ersten Messprobenröhrchen (5) enthaltene Probe einer NMR-Messung ausgesetzt werden kann.
Probenkopfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die erste Sperre (10) und/oder die dritten Sperren (18, 19, 20, 21, 22), und Kombinationen davon mindestens zwei Nocken aufweist, die dazu ausgebildet sind, gegen seitliche Bereiche eines ersten Probenröhrchens (8) anzustoßen, wenn die jeweilige Sperre in ihrer Blockierstellung ist.
Probenkopfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Motor (14, 23) zum Betreiben von mindestens der ersten Sperre (10) und/oder der zweiten Sperre (12) und/oder der dritten Sperren (18, 19, 20, 21, 22), und Kombinationen davon umfasst.
Probenkopfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei Führungsstangen umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie einen Führungsraum als Pfad für Probenröhrchen umgeben und begrenzen.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Führungsstangen hohl ist, um ein Fluid transportieren zu können.
Probenkopfanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Führungsstangen in ihrem Inneren mindestens zwei Kammern aufweist, die fluiddicht voneinander getrennt sind.
NMR-Spektrometer-Anordnung, ein NMR-Spektrometer umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass die NMR-Spektrometer-Anordnung weiter eine einen Vormessbereich (60) definierende Vormessvorrichtung (6) umfasst, wobei die Vormessvorrichtung (6) zum Messen eines Probenparameters einer in einem Probenröhrchen enthaltenen Probe angeordnet und ausgebildet ist, um einen NMR-Parameter zu bestimmen oder zu schätzen, wobei sich der Vormessbereich (60) in einer Führungsrichtung (GD), in der Probenröhrchen durch die NMR-Spektrometer-Anordnung geführt werden, vor einem Messbereich (40) des NMR-Spektrometers befindet.
NMR-Spektrometer-Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormessvorrichtung (6) mindestens eine aus der Gruppe bestehend aus einer Kamera, einer Lichtschranke, einem Pyrosensor, sowie einem Sender und Empfänger von Hochfrequenzfeldern ist.
NMR-Spektrometer-Anordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Probenkopfanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 21 umfasst.