一种1H-13C-e三共振DNP极化探头

本发明属于核磁共振仪器，具体涉及一种1h-13c-e三共振dnp极化探头，适用于核磁共振极化增强实验中，也适用于1h-13c-e动态核极化转移实验。

背景技术：

1、随着磁共振技术的发展，核磁共振（nuclear magnetic resonance，nmr）技术已作为一种重要的分析手段广泛的应用于物理、化学、生物和医学等领域。但与其它谱学方法相比，nmr技术的一个明显的不足之处就是其检测灵敏度非常低。而基于nmr理论发展起来的磁共振成像（magnetic resonance imaging，mri）技术也面临同样的问题。如何提高nmr和mri的检测灵敏度一直是磁共振领域研究人员所努力的方向。

2、动态核极化（dynamic nuclear polarization，dnp）技术通过改变核能级的布居数从而提高核的灵敏度，提高核磁共振的信号强度。dnp是一种电子与核的双共振技术，通过微波照射来饱和自由基中的未配对电子，由于电子与相邻核之间存在耦合作用，使得与其相耦合的核能级布居数发生变化，把电子的高自旋极化度转移到核上，使核自旋获得高极化度，从而达到提高nmr检测灵敏度的效果。

3、dnp技术主要是通过饱和未配对电子顺磁共振跃迁，然后将未配对的电子高极化度转移到周围的核自旋上，从而提高灵敏度的一种方法。由于通过dnp技术直接对13c核进行dnp极化增强转移等待时间一般在一个小时以上，效率过低，因此寻找一种能够减短极化转移时间方法的需求迫切。交叉极化（cross polarization，cp）在dnp对1h核极化增强的条件下，可以将1h核的高极化度转移给13c核，整个过程可在十几分钟内完成，从而达到提高13c极化增强实验效率的要求。cp技术通过控制1h核和13c核的自旋锁定，满足即hartmann-hahn（哈特曼-哈恩）条件，这样在双自旋系统中，使1h和13c的塞曼能级分裂相等，跃迁频率相同，依靠1h和13c之间的偶极-偶极相互作用，即可完成1h-13c的极化转移。目前市面上所已知的dnp极化探头绝大多数为13c-e双共振极化探头，不具备交叉极化功能，这种方式耗时长效率低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种1h-13c-e三共振dnp极化探头。

2、本发明的上述目的通过以下技术手段来实现：

3、一种1h-13c-e三共振dnp极化探头，包括13c射频线圈、1h射频线圈、helmholtz线圈模块、支撑装置、法兰盘、以及微波波导管，支撑装置为两端开口的圆筒状，支撑装置的顶部与法兰盘底部连接，helmholtz线圈模块包括两对helmholtz线圈，分别为第一对helmholtz线圈和第二对helmholtz线圈，第一对helmholtz线圈和第二对helmholtz线圈均包括两个共中心轴的helmholtz线圈，helmholtz线圈与支撑装置的外侧壁设置的线圈支撑凸起固定连接，第一对helmholtz线圈的两个helmholtz线圈的中心轴和第二对helmholtz线圈的两个helmholtz线圈的中心轴垂直，第一对helmholtz线圈的两个helmholtz线圈分布在支撑装置左右两侧，第二对helmholtz线圈的两个helmholtz线圈分布在支撑装置前后两侧，1h射频线圈与第一对helmholtz线圈的其中一个helmholtz线圈位于支撑装置同侧且共中心轴，13c射频线圈与第二对helmholtz线圈的其中一个helmholtz线圈位于支撑装置同侧且共中心轴，l型的微波波导管的竖向管外端与法兰盘上开设的微波接收孔连接，微波波导管的横向管外端与支撑装置的侧壁的微波馈入孔对齐固定。

4、如上所述helmholtz线圈模块的各个helmholtz线圈的线圈环均为椭圆形，helmholtz线圈的长轴方向平行于支撑装置的中心轴线，helmholtz线圈的外形与支撑装置的外壁形状适配。

5、如上所述13c射频线圈绕的圈数比1h射频线圈更多。

6、一种1h-13c-e三共振dnp极化探头，还包括密封腔体，密封腔体为顶部开口且底部密封的圆筒状，1h射频线圈、helmholtz线圈模块、支撑装置、法兰盘、13c射频线圈、以及微波波导管均设置在密封腔体中，法兰盘设置在密封腔体顶部开口处，法兰盘的周向侧壁与密封腔体内壁贴合，法兰盘顶面的法兰固定耳与密封腔体顶部开口设置的腔体固定耳固定，密封腔体底部设置有支撑凹槽，支撑装置的底部卡设在支撑凹槽中。

7、如上所述密封腔体内还设置有温度传感器和加热器，法兰盘的底部设置有传感器固定槽和加热器固定槽，温度传感器和加热器分别固定在对应的传感器固定槽和加热器固定槽中，传感器固定槽和加热器固定槽之间设置有一个信号线穿孔。

8、如上所述法兰盘底部还设置有1h线圈固定孔和1h线圈固定槽，1h射频线圈的两个线圈接头分别为第一1h线圈接头和第二1h线圈接头，第一固定块的形状和大小与1h线圈固定槽的形状和大小相匹配，第一固定块过盈卡设在1h线圈固定槽中，与第一1h线圈接头连接的线圈段被第一固定块压设固定在1h线圈固定槽中，1h线圈固定孔内设置有第一同轴线，第一同轴线的外壳与1h线圈固定孔的内壁固定连接，1h射频线圈的两个线圈接头分别与第一同轴线的两个线芯连接。

9、如上所述法兰盘底部还设置有13c线圈固定孔和13c线圈固定槽，13c射频线圈的两个线圈接头分别为第一13c线圈接头和第二13c线圈接头，第二固定块的形状和大小与13c线圈固定槽的形状和大小相匹配，第二固定块过盈卡设在13c线圈固定槽中，与第一13c线圈接头连接的线圈段被第二固定块压设固定在13c线圈固定槽中，13c线圈固定孔内设置有第二同轴线，第二同轴线的外壳与13c线圈固定孔内壁固定连接，13c射频线圈的两个线圈接头分别与第二同轴线的两个线芯连接。

10、如上所述法兰盘的底部设置有环柱，环柱的内径与支撑装置的外径相匹配，且环柱的侧壁设置有纵向卡口，纵向卡口的形状与支撑装置外侧壁的支撑装置固定耳的形状相匹配，支撑装置固定耳过盈卡设在纵向卡口中，法兰盘的中心开设有样品杆插入孔，样品杆插入孔的直径和支撑装置的内径相同，样品杆插入孔与支撑装置顶部开口对齐。

11、如上所述法兰盘的底部还设置有固定凸起，微波波导管的竖向管顶部设置有卡环，卡环的内侧壁贴合且卡设在固定凸起的外侧壁，卡环的外侧壁设置有卡环固定耳，卡环固定耳与法兰盘底部的卡环固定孔固定连接，微波接收孔贯穿法兰盘和固定凸起，微波接收孔与微波波导管的竖向管上的微波通道对齐。

12、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

13、本发明与dnp实验仪器结合能够实现电子到1h核，1h核到13c核的极化增强转移，单探头实现双核的极化增强；在保持13c原本极化增强倍数的条件下，能够大幅度缩短13c的极化增强时间，提高dnp极化增强实验的效率，增加极化增强后相关实验的可重复性和稳定性；能够根据不同的实验环境，设计不同尺寸的极化探头以满足实验的需要，具有很强的兼容性。