JPH08320299A - 核磁気共鳴によるサンプルの測定及び周囲第２物質内の第１物質の測定のための方法及び装置 - Google Patents
核磁気共鳴によるサンプルの測定及び周囲第２物質内の第１物質の測定のための方法及び装置Info
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- JPH08320299A JPH08320299A JP8031108A JP3110896A JPH08320299A JP H08320299 A JPH08320299 A JP H08320299A JP 8031108 A JP8031108 A JP 8031108A JP 3110896 A JP3110896 A JP 3110896A JP H08320299 A JPH08320299 A JP H08320299A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 第２の物質内部の第１の物質を検出するため
の、望ましくはキンバーライト岩石中のダイヤモンドを
特定するための方法ならびに装置を開示する。 【解決手段】 第１の物質、たとえばダイヤモンドは数
時間程度の非常に長いスピン格子緩和時間Ｔ1 を有す
る。第１の物質を迅速に検出するため、所定の、第１の
物質にのみ豊富に含まれる種類の核たとえば13Ｃの磁化
の発生を短縮し、その後でその種の核の核磁気共鳴を測
定する。短縮は前処理部１２で行い、一方測定は分析部
１３で行う。短縮と測定はそれぞれ異なる磁場強度の磁
場Ｂ01、Ｂ02内で行う。
の、望ましくはキンバーライト岩石中のダイヤモンドを
特定するための方法ならびに装置を開示する。 【解決手段】 第１の物質、たとえばダイヤモンドは数
時間程度の非常に長いスピン格子緩和時間Ｔ1 を有す
る。第１の物質を迅速に検出するため、所定の、第１の
物質にのみ豊富に含まれる種類の核たとえば13Ｃの磁化
の発生を短縮し、その後でその種の核の核磁気共鳴を測
定する。短縮は前処理部１２で行い、一方測定は分析部
１３で行う。短縮と測定はそれぞれ異なる磁場強度の磁
場Ｂ01、Ｂ02内で行う。
Description
【０００１】本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用い、す
くなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定すれば１
０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時間Ｔ1 を
有するような第１の物質を包含する第２の物質内部にあ
る前記第１の物質を検出する方法に関する。
くなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定すれば１
０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時間Ｔ1 を
有するような第１の物質を包含する第２の物質内部にあ
る前記第１の物質を検出する方法に関する。
【０００２】本発明はさらに、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を
用い、すくなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定
すれば１０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時
間Ｔ1 を有するようなサンプルを測定する方法に関し、
前記緩和時間は測定信号の増加に従い減少する。
用い、すくなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定
すれば１０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時
間Ｔ1 を有するようなサンプルを測定する方法に関し、
前記緩和時間は測定信号の増加に従い減少する。
【０００３】本発明はさらに、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を
用い、第１の物質を包含する第２の物質内部にある前記
第１の物質を検出する方法に関し、サンプルは２つの磁
場に順次曝露される両方の物質を含み、前記核磁気共鳴
は前記磁場の一方に対し前記サンプルを少なくとも曝露
している間に測定する。
用い、第１の物質を包含する第２の物質内部にある前記
第１の物質を検出する方法に関し、サンプルは２つの磁
場に順次曝露される両方の物質を含み、前記核磁気共鳴
は前記磁場の一方に対し前記サンプルを少なくとも曝露
している間に測定する。
【０００４】本発明はさらに、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を
用い、すくなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定
すれば１０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時
間Ｔ1 を有するような第１の物質を包含する第２の物質
内部にある前記第１の物質を検出するための装置に関す
る。
用い、すくなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定
すれば１０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時
間Ｔ1 を有するような第１の物質を包含する第２の物質
内部にある前記第１の物質を検出するための装置に関す
る。
【０００５】本発明はさらに、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を
用い、すくなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定
すれば１０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時
間Ｔ1 を有するようなサンプルを測定するための装置に
関し、前記緩和時間は測定信号の増加に従い減少する。
用い、すくなくとも１０秒、望ましくは１分、より特定
すれば１０分以上にわたる非常に長いスピン格子緩和時
間Ｔ1 を有するようなサンプルを測定するための装置に
関し、前記緩和時間は測定信号の増加に従い減少する。
【０００６】本発明はさらに、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を
用い、第１の物質を包含する第２の物質内部の第１の物
質を迅速に検出するための装置に関し、前記装置は２つ
の磁場を生成するための手段を含み、前記２つの物質を
含むサンプルが前記２つの磁場に順次曝露されて、前記
サンプルが少なくとも磁場の一方に曝露された時に核磁
気共鳴を測定する。
用い、第１の物質を包含する第２の物質内部の第１の物
質を迅速に検出するための装置に関し、前記装置は２つ
の磁場を生成するための手段を含み、前記２つの物質を
含むサンプルが前記２つの磁場に順次曝露されて、前記
サンプルが少なくとも磁場の一方に曝露された時に核磁
気共鳴を測定する。
【０００７】核磁気共鳴はスピンまたは磁気モーメント
を有するある種の核の有無を検出できる周知のスペクト
ル分析法である。ＮＭＲは 1Ｈ核（陽子）が共鳴吸収に
よる磁気モーメントを有するような生物体液の分析に多
用される。またＮＭＲはたとえば13Ｃ、14Ｎ、17Ｏ、そ
の他の他の種類の核を検出するためにも広く使用されて
いる。
を有するある種の核の有無を検出できる周知のスペクト
ル分析法である。ＮＭＲは 1Ｈ核（陽子）が共鳴吸収に
よる磁気モーメントを有するような生物体液の分析に多
用される。またＮＭＲはたとえば13Ｃ、14Ｎ、17Ｏ、そ
の他の他の種類の核を検出するためにも広く使用されて
いる。
【０００８】ＮＭＲ測定にかかる測定時間全体がスピン
格子緩和時間、いわゆる長手方向の緩和時間Ｔ1 に依存
することは周知である。この相関は、ＮＭＲ測定内で検
出可能な測定量を発生する核磁気の増大と減少それぞれ
について緩和時間Ｔ1 が測定されることによる。
格子緩和時間、いわゆる長手方向の緩和時間Ｔ1 に依存
することは周知である。この相関は、ＮＭＲ測定内で検
出可能な測定量を発生する核磁気の増大と減少それぞれ
について緩和時間Ｔ1 が測定されることによる。
【０００９】固体中では、緩和時間Ｔ1 は液体より非常
に長いことが多い。ある種の結晶では、緩和時間Ｔ1 は
数分または数時間、または数日単位になる。したがっ
て、従来のＮＭＲ測定は、測定時巻が緩和時間Ｔ1 の大
きさと同程度の場合に限って行うことができる。この測
定時間は、ある程度多数の測定値を積算してこれらの平
均値を処理することでＳＮ比を増大させるために平均化
法を用いる場合にも同様に増加する。
に長いことが多い。ある種の結晶では、緩和時間Ｔ1 は
数分または数時間、または数日単位になる。したがっ
て、従来のＮＭＲ測定は、測定時巻が緩和時間Ｔ1 の大
きさと同程度の場合に限って行うことができる。この測
定時間は、ある程度多数の測定値を積算してこれらの平
均値を処理することでＳＮ比を増大させるために平均化
法を用いる場合にも同様に増加する。
【００１０】極端にスピン格子緩和時間Ｔ1 が長いよう
なサンプル材料の一例はダイヤモンドである。ダイヤモ
ンドは基本的にＮＭＲ測定に適しているが、これは13Ｃ
核を含むためである。天然ダイヤモンドの13Ｃ含量は比
較的低い。炭素の13Ｃの同位体存在比は１．１％程度で
ある。ダイヤモンドは炭素の１変種であり、その程度の
比率で13Ｃを含む。天然ダイヤモンドにおける13Ｃ存在
量がこの程度であるため、13Ｃが特性吸収信号を増加さ
せるのでこのようなダイヤモンドの特定や検出にＮＭＲ
測定法を用いることができる。
なサンプル材料の一例はダイヤモンドである。ダイヤモ
ンドは基本的にＮＭＲ測定に適しているが、これは13Ｃ
核を含むためである。天然ダイヤモンドの13Ｃ含量は比
較的低い。炭素の13Ｃの同位体存在比は１．１％程度で
ある。ダイヤモンドは炭素の１変種であり、その程度の
比率で13Ｃを含む。天然ダイヤモンドにおける13Ｃ存在
量がこの程度であるため、13Ｃが特性吸収信号を増加さ
せるのでこのようなダイヤモンドの特定や検出にＮＭＲ
測定法を用いることができる。
【００１１】１１Ｔ程度の測定磁場強度内部では４５０
時間を越えるＴ1 の値がえられる。したがって、従来の
測定法を用いる場合、ダイヤモンドの13ＣのＮＭＲ測定
は極端に長い時間をかけられる場合にのみ行うことがで
きる。
時間を越えるＴ1 の値がえられる。したがって、従来の
測定法を用いる場合、ダイヤモンドの13ＣのＮＭＲ測定
は極端に長い時間をかけられる場合にのみ行うことがで
きる。
【００１２】前述したような種類のダイヤモンドのＮＭ
Ｒ測定は、Ｐ．Ｍ．ヘンリックらの「固体中の常磁性中
心による核スピン格子緩和、ダイヤモンドの13Ｃ−ＮＭ
Ｒ」（"Nuclear Spin-Lattice Relaxation Via Paramag
netic Centers in Solids.13C NMR of Diamonds", by H
enrichs, P.M. et al., Journal of MagneticResonanc
e, 58, pp.85-94 (1984)）と題する論文に説明されてい
る。この実験を行うため、ダイヤモンド・サンプルは
３．５日にわたりマグネット内に配置した。この実験中
に人工ダイヤモンドのスピン格子緩和時間Ｔ1 が１時間
程度であるのに対し、天然ダイヤモンドのこれに対応す
る緩和時間が４０時間を越えるため測定できないことが
分った。得られたスペクトラムは標準物質のＴＭＳ（テ
トラメチルシラン）から約３９ＰＰＭだけ化学シフトし
たオフセットの１本の線からなる。前記論文に記述され
た測定は人工ダイヤモンドに関連したものであるので、
得られた測定値は天然のサンプル材料に直接適用できな
い。
Ｒ測定は、Ｐ．Ｍ．ヘンリックらの「固体中の常磁性中
心による核スピン格子緩和、ダイヤモンドの13Ｃ−ＮＭ
Ｒ」（"Nuclear Spin-Lattice Relaxation Via Paramag
netic Centers in Solids.13C NMR of Diamonds", by H
enrichs, P.M. et al., Journal of MagneticResonanc
e, 58, pp.85-94 (1984)）と題する論文に説明されてい
る。この実験を行うため、ダイヤモンド・サンプルは
３．５日にわたりマグネット内に配置した。この実験中
に人工ダイヤモンドのスピン格子緩和時間Ｔ1 が１時間
程度であるのに対し、天然ダイヤモンドのこれに対応す
る緩和時間が４０時間を越えるため測定できないことが
分った。得られたスペクトラムは標準物質のＴＭＳ（テ
トラメチルシラン）から約３９ＰＰＭだけ化学シフトし
たオフセットの１本の線からなる。前記論文に記述され
た測定は人工ダイヤモンドに関連したものであるので、
得られた測定値は天然のサンプル材料に直接適用できな
い。
【００１３】さらに、ダイヤモンドは結晶格子内の典型
的なＮ欠陥により電子スピン共鳴（ＥＳＲ）の測定も行
われてしまうような種類のサンプル材料である。ダイヤ
モンドのＥＳＲ研究は、Ｊ・ルブザーらの「ダイヤモン
ドの研究における電子スピン共鳴」（"Electron Spin R
esonance in the Study of Diamond" of Loubser, J.et
al., Rep. Prog. Phys., 41, 1978, pp.1201-1248 ）
に記載されている。
的なＮ欠陥により電子スピン共鳴（ＥＳＲ）の測定も行
われてしまうような種類のサンプル材料である。ダイヤ
モンドのＥＳＲ研究は、Ｊ・ルブザーらの「ダイヤモン
ドの研究における電子スピン共鳴」（"Electron Spin R
esonance in the Study of Diamond" of Loubser, J.et
al., Rep. Prog. Phys., 41, 1978, pp.1201-1248 ）
に記載されている。
【００１４】Ｒ．Ａ．ウィンドらの論文「固体中の13Ｃ
のＮＭＲにおける動的核分極の応用」（Application of
Dynamic Nuclear Polarization In 13C NMR in Solid
s",R.A. Wind et al., Progress in NMR Spectroscopy,
Vol. 17, pp.33-67,Pergamon Press Ltd. ）による
と、電子共鳴周波数においてまたはその付近での第２の
励起とあわせてＮＭＲ励起を生成することにより、固体
サンプルからのＮＭＲ信号が増加することが周知であ
る。この方法は、動的核分極（ＤＮＰ）として知られて
いる。ＮＭＲ信号の強調は電子スピン共鳴も同時に励起
することで13Ｃ核の磁化を増加させて行う。
のＮＭＲにおける動的核分極の応用」（Application of
Dynamic Nuclear Polarization In 13C NMR in Solid
s",R.A. Wind et al., Progress in NMR Spectroscopy,
Vol. 17, pp.33-67,Pergamon Press Ltd. ）による
と、電子共鳴周波数においてまたはその付近での第２の
励起とあわせてＮＭＲ励起を生成することにより、固体
サンプルからのＮＭＲ信号が増加することが周知であ
る。この方法は、動的核分極（ＤＮＰ）として知られて
いる。ＮＭＲ信号の強調は電子スピン共鳴も同時に励起
することで13Ｃ核の磁化を増加させて行う。
【００１５】前記論文は一方で天然ダイヤモンドについ
て、また他方で人工の工業用ダイヤモンドについて同等
の測定を行った実験を記載している。この目的では、そ
れぞれのサンプルを磁場強度１．４Ｔの一定、かつ均一
な磁場に配置した。ここでの陽子共鳴周波数は６０ＭＨ
ｚで、13Ｃ核の共鳴周波数は１５ＭＨｚである。この磁
場強度での電子スピンの共鳴周波数は４０ＧＨｚ程度で
ある。
て、また他方で人工の工業用ダイヤモンドについて同等
の測定を行った実験を記載している。この目的では、そ
れぞれのサンプルを磁場強度１．４Ｔの一定、かつ均一
な磁場に配置した。ここでの陽子共鳴周波数は６０ＭＨ
ｚで、13Ｃ核の共鳴周波数は１５ＭＨｚである。この磁
場強度での電子スピンの共鳴周波数は４０ＧＨｚ程度で
ある。
【００１６】ダイヤモンドのスピン格子緩和時間Ｔ1 が
極端に長い、即ち数時間の単位であることを念頭におい
て、13Ｃ核単独での通常の測定はＤＮＰ信号強調を行わ
ないと非常に時間がかかる。ＤＮＰ技術を使用すると、
信号の強調は１０〜２０００倍程度となるので、天然ダ
イヤモンドと工業用ダイヤモンドを比較的短時間で測定
することができる。さらに信号の強調に関してＤＮＰ法
による別の利点は、磁化発生率がダイヤモンドのＴ1 緩
和時間と比較して大幅に早いことがあげられる。
極端に長い、即ち数時間の単位であることを念頭におい
て、13Ｃ核単独での通常の測定はＤＮＰ信号強調を行わ
ないと非常に時間がかかる。ＤＮＰ技術を使用すると、
信号の強調は１０〜２０００倍程度となるので、天然ダ
イヤモンドと工業用ダイヤモンドを比較的短時間で測定
することができる。さらに信号の強調に関してＤＮＰ法
による別の利点は、磁化発生率がダイヤモンドのＴ1 緩
和時間と比較して大幅に早いことがあげられる。
【００１７】自然界では、ダイヤモンドは一般にキンバ
ーライトとよばれる岩石中に発見される。さらに小量な
がら、ダイヤモンドはランプロイト岩石中にも見出され
る。この分類名はくすんだ灰緑色から青み掛かった色の
岩石のグループを指しており、揮発成分が多く、カリウ
ムに偏った超塩基性の、地殻または大陸または深部火成
岩の内容に由来する磁性岩である。もっとも重要な例は
南アフリカ、西オーストラリア、ブラジル、インドにみ
られるダイアトリームのキンバーライト・ブレッキアス
である（Ｄ．ドーソンの「キンバーライトとその捕獲
岩」（Dawson, D., "Kimberliths and their Xenolith
s", Springer, 1980 ）参照）。
ーライトとよばれる岩石中に発見される。さらに小量な
がら、ダイヤモンドはランプロイト岩石中にも見出され
る。この分類名はくすんだ灰緑色から青み掛かった色の
岩石のグループを指しており、揮発成分が多く、カリウ
ムに偏った超塩基性の、地殻または大陸または深部火成
岩の内容に由来する磁性岩である。もっとも重要な例は
南アフリカ、西オーストラリア、ブラジル、インドにみ
られるダイアトリームのキンバーライト・ブレッキアス
である（Ｄ．ドーソンの「キンバーライトとその捕獲
岩」（Dawson, D., "Kimberliths and their Xenolith
s", Springer, 1980 ）参照）。
【００１８】キンバーライト岩は炭素も含むが、主とし
て炭酸塩（ＣＯ3 群）として含んでいる。キンバーライ
ト内部での炭素の相対比率は比較的低く、３％以下であ
る。化学的異方性が高いため、これに対応するＮＭＲの
線はその他の線についてのＮＭＲ測定値がみられる場合
に干渉しないような範囲に広がっている。
て炭酸塩（ＣＯ3 群）として含んでいる。キンバーライ
ト内部での炭素の相対比率は比較的低く、３％以下であ
る。化学的異方性が高いため、これに対応するＮＭＲの
線はその他の線についてのＮＭＲ測定値がみられる場合
に干渉しないような範囲に広がっている。
【００１９】Ｊ．クリガーらの「キンバーライト中のダ
イヤモンドの13Ｃ−ＮＭＲ信号の観察」（"Observation
of 13C NMR Signal of Diamonds in Kimberlits" ofKr
iger, J. et al., Abstract of the Colloque Ampere,
Kazan (1994)）によると、周囲にあるキンバーライト岩
の中のダイヤモンドを検出するために13Ｃ−ＮＭＲ測定
を行うことが周知である。説明されている実験では、マ
グネット内のサンプルの留置時間は約３０分である。キ
ンバーライト岩だけを含むような第１のサンプルとキン
バーライト岩とダイヤモンドを含む第２のサンプルの間
で比較可能な測定を行うことにより、13Ｃ−ＮＭＲ信号
が振幅において有意差を有することが観察された。
イヤモンドの13Ｃ−ＮＭＲ信号の観察」（"Observation
of 13C NMR Signal of Diamonds in Kimberlits" ofKr
iger, J. et al., Abstract of the Colloque Ampere,
Kazan (1994)）によると、周囲にあるキンバーライト岩
の中のダイヤモンドを検出するために13Ｃ−ＮＭＲ測定
を行うことが周知である。説明されている実験では、マ
グネット内のサンプルの留置時間は約３０分である。キ
ンバーライト岩だけを含むような第１のサンプルとキン
バーライト岩とダイヤモンドを含む第２のサンプルの間
で比較可能な測定を行うことにより、13Ｃ−ＮＭＲ信号
が振幅において有意差を有することが観察された。
【００２０】従来、ダイヤモンドを産出するために複雑
な採鉱・検出方法が用いられている。典型的には、第１
に発破を用いて、岩石をダイヤモンド鉱脈の中で約４０
０ミリメートルの大きさを有する破片に破砕する。鉱脈
内では第１の採掘ミルを用いてこれらの破片をさらに小
さい平均寸法が１３０〜２００ミリメートルの破片に破
砕する。このように破砕した岩石を地表に運び出してか
ら、第１の検出部をとおし、砂利にＸ線蛍光放射を照射
する。照射によって砂利の表面にあるダイヤモンドは蛍
光を発するので検出することができる。次に砂利を第２
の砕石ミルに搬入し、必要であればさらに砕石ミルとそ
れに続くＸ線蛍光測定部または密度ソート部に送る。
な採鉱・検出方法が用いられている。典型的には、第１
に発破を用いて、岩石をダイヤモンド鉱脈の中で約４０
０ミリメートルの大きさを有する破片に破砕する。鉱脈
内では第１の採掘ミルを用いてこれらの破片をさらに小
さい平均寸法が１３０〜２００ミリメートルの破片に破
砕する。このように破砕した岩石を地表に運び出してか
ら、第１の検出部をとおし、砂利にＸ線蛍光放射を照射
する。照射によって砂利の表面にあるダイヤモンドは蛍
光を発するので検出することができる。次に砂利を第２
の砕石ミルに搬入し、必要であればさらに砕石ミルとそ
れに続くＸ線蛍光測定部または密度ソート部に送る。
【００２１】しかし、このようにする場合、それぞれの
岩石または砂利の表面に位置するダイヤモンドだけが検
出されることになる。実際のダイヤモンド含量の比率が
どの位の割合で砕石中にみつかっていないか、すなわち
残滓として破棄されているかの専門的な推定は、３０％
から７０％の間で変化している。
岩石または砂利の表面に位置するダイヤモンドだけが検
出されることになる。実際のダイヤモンド含量の比率が
どの位の割合で砕石中にみつかっていないか、すなわち
残滓として破棄されているかの専門的な推定は、３０％
から７０％の間で変化している。
【００２２】従来の方法のさらなる問題は、後続の砕石
処理の間に岩石中に含まれる大粒のダイヤモンドが破壊
されることである。専門家の推定では、約２０％のダイ
ヤモンドがこのように破壊されている。
処理の間に岩石中に含まれる大粒のダイヤモンドが破壊
されることである。専門家の推定では、約２０％のダイ
ヤモンドがこのように破壊されている。
【００２３】ダイヤモンドが完全に検出されない場合、
または大きな即ち商業的に価値のあるダイヤモンドが小
さなダイヤモンドの破片に破壊されると、相当の経済的
損失が発生することは言うまでもない。
または大きな即ち商業的に価値のあるダイヤモンドが小
さなダイヤモンドの破片に破壊されると、相当の経済的
損失が発生することは言うまでもない。
【００２４】ドイツ国特許明細書第２９ ３４ ９６６
号では、少なくとも２つの化学元素から成る化学的化合
物を磁気共鳴を用いて検出するための方法ならびにその
装置が開示されている。この従来技術の方法は、所定の
外郭たとえば手提げ鞄などの中の爆発物の検出に特に関
連している。
号では、少なくとも２つの化学元素から成る化学的化合
物を磁気共鳴を用いて検出するための方法ならびにその
装置が開示されている。この従来技術の方法は、所定の
外郭たとえば手提げ鞄などの中の爆発物の検出に特に関
連している。
【００２５】しかしこの従来技術の方法は４重極モーメ
ントを示すような種類の核を含む物質に制限される。こ
れはたとえば、多くの爆発物にみられるような14Ｎ核に
言えることである。しかし、４重極モーメントを顕著な
濃度で示すような核はダイヤモンドにはみられないの
で、この従来技術の方法をダイヤモンドの検出に使用す
ることはできない。
ントを示すような種類の核を含む物質に制限される。こ
れはたとえば、多くの爆発物にみられるような14Ｎ核に
言えることである。しかし、４重極モーメントを顕著な
濃度で示すような核はダイヤモンドにはみられないの
で、この従来技術の方法をダイヤモンドの検出に使用す
ることはできない。
【００２６】したがって、本発明の目的は非常に長いス
ピン格子緩和時間Ｔ1 を有するような物質について迅速
な検出を可能にして、迅速な測定により周辺の岩石内部
にある宝石特にダイヤモンドを検出し特定することがで
きるように、前述の種類の方法ならびに装置をさらに改
良することである。
ピン格子緩和時間Ｔ1 を有するような物質について迅速
な検出を可能にして、迅速な測定により周辺の岩石内部
にある宝石特にダイヤモンドを検出し特定することがで
きるように、前述の種類の方法ならびに装置をさらに改
良することである。
【００２７】冒頭に説明した第１の方法によれば、この
目的は第１の物質を迅速に検出するため、第１の物質に
のみ豊富にみられる種類の核の磁化の発生を短縮するこ
とと、この種類の核の核磁気共鳴をその後で測定するこ
とで達成する。
目的は第１の物質を迅速に検出するため、第１の物質に
のみ豊富にみられる種類の核の磁化の発生を短縮するこ
とと、この種類の核の核磁気共鳴をその後で測定するこ
とで達成する。
【００２８】冒頭に説明した第２の方法によれば、前記
目的はサンプルを予め分極しておき所定の種類の核の磁
化の発生が短縮されるように第１の磁場内部で励起する
ことと、この種の核の核磁気共鳴が第１の磁場とは異な
る磁場強度を有する第２の磁場で測定されることで実現
する。
目的はサンプルを予め分極しておき所定の種類の核の磁
化の発生が短縮されるように第１の磁場内部で励起する
ことと、この種の核の核磁気共鳴が第１の磁場とは異な
る磁場強度を有する第２の磁場で測定されることで実現
する。
【００２９】冒頭に説明した第３の方法によれば、前記
目的は前記第１の物質だけが非常に長いスピン格子緩和
時間Ｔ1 、少なくとも１０秒、望ましくは１分さらに特
定すれば１０分以上を有するようなサンプルについて、
前記第１の物質内でのみ豊富な磁化の発生を前記第１の
磁場内部で短縮化することと、この種の核の核磁気共鳴
を第１の磁場とは異なる磁場強度を有する第２の磁場内
部で測定することで達成する。
目的は前記第１の物質だけが非常に長いスピン格子緩和
時間Ｔ1 、少なくとも１０秒、望ましくは１分さらに特
定すれば１０分以上を有するようなサンプルについて、
前記第１の物質内でのみ豊富な磁化の発生を前記第１の
磁場内部で短縮化することと、この種の核の核磁気共鳴
を第１の磁場とは異なる磁場強度を有する第２の磁場内
部で測定することで達成する。
【００３０】冒頭で第１に説明した装置によれば、前記
目的は前記第１の物質を迅速に検出するため、前記第１
の物質にのみ豊富に含まれる第１の種類の核の磁化の形
成を短縮化するような前処理部を設けることと、この種
の核の核磁気共鳴を測定する分析部を設けることで実現
する。
目的は前記第１の物質を迅速に検出するため、前記第１
の物質にのみ豊富に含まれる第１の種類の核の磁化の形
成を短縮化するような前処理部を設けることと、この種
の核の核磁気共鳴を測定する分析部を設けることで実現
する。
【００３１】冒頭で第２に説明した装置によれば、前記
目的は、第１の磁場を含み前記サンプルを励起して所定
の種類の核の磁化の形成が短縮化されるような前処理部
を設けることと、前記第１の磁場とは磁場強度が異なる
第２の磁場を含みその種の核の核磁気共鳴を測定する分
析部を設けることで実現する。
目的は、第１の磁場を含み前記サンプルを励起して所定
の種類の核の磁化の形成が短縮化されるような前処理部
を設けることと、前記第１の磁場とは磁場強度が異なる
第２の磁場を含みその種の核の核磁気共鳴を測定する分
析部を設けることで実現する。
【００３２】最後に、前記目的は、冒頭で第３に説明し
た装置で実現され、前記第１の磁場内部で前記第１の物
質にのみ豊富に含まれる種類の核の磁化の発生が短縮さ
れるような前処理部を設けることと、前記第２の磁場内
部でその種の核の核磁気共鳴を測定するための分析部を
設け、磁場は異なる磁場強度を有し、前記第１の物質だ
けが少なくとも１０秒、望ましくは１分さらに特定すれ
ば１０分以上の非常に長いスピン格子緩和時間を有する
ことによる。
た装置で実現され、前記第１の磁場内部で前記第１の物
質にのみ豊富に含まれる種類の核の磁化の発生が短縮さ
れるような前処理部を設けることと、前記第２の磁場内
部でその種の核の核磁気共鳴を測定するための分析部を
設け、磁場は異なる磁場強度を有し、前記第１の物質だ
けが少なくとも１０秒、望ましくは１分さらに特定すれ
ば１０分以上の非常に長いスピン格子緩和時間を有する
ことによる。
【００３３】本発明の前提となる目的はこのようにして
完全に達成される。
完全に達成される。
【００３４】たとえばダイヤモンドの、特に包含するキ
ンバーライト岩内部での、測定に関連する好適実施例を
考えると、ダイヤモンドのスピン格子緩和時間Ｔ1 は約
５００時間程度で、これはダイヤモンド結晶内部におい
てＮＭＲ周波数範囲の格子振動のエネルギー密度が非常
に低いためであることは前述した通りである。
ンバーライト岩内部での、測定に関連する好適実施例を
考えると、ダイヤモンドのスピン格子緩和時間Ｔ1 は約
５００時間程度で、これはダイヤモンド結晶内部におい
てＮＭＲ周波数範囲の格子振動のエネルギー密度が非常
に低いためであることは前述した通りである。
【００３５】所定の種類の核の磁化の発生を短縮するに
は幾つかの方法を用いることができる。
は幾つかの方法を用いることができる。
【００３６】第１に、サンプル材料を放射、特にイオン
放射に曝露することができる。放射はガンマ線、中性子
ビーム、Ｘ線、または紫外線放射でも好い。しかしこの
ような放射線は宝石の価値に対してマイナスの影響を与
えるような結晶内の欠陥を生成することがあるので注意
しなければならない。
放射に曝露することができる。放射はガンマ線、中性子
ビーム、Ｘ線、または紫外線放射でも好い。しかしこの
ような放射線は宝石の価値に対してマイナスの影響を与
えるような結晶内の欠陥を生成することがあるので注意
しなければならない。
【００３７】磁化の生成を短縮するための第２の方法
は、超音波照射により惹起されたスピン準位を発生する
ことによる。予備的な実験により、ＮＭＲ共鳴周波数の
１／４で数ミリワットの比較的低出力を用いて１０倍ま
での短縮が得られることが分った。単一のサンプルにつ
いての測定では、特にこの実施例は考慮に値する。
は、超音波照射により惹起されたスピン準位を発生する
ことによる。予備的な実験により、ＮＭＲ共鳴周波数の
１／４で数ミリワットの比較的低出力を用いて１０倍ま
での短縮が得られることが分った。単一のサンプルにつ
いての測定では、特にこの実施例は考慮に値する。
【００３８】第３の、もっとも好適な選択は、交叉磁化
を使用することで、特に電子スピン共鳴により所定の種
類の核の磁化の発生を短縮するものである。
を使用することで、特に電子スピン共鳴により所定の種
類の核の磁化の発生を短縮するものである。
【００３９】このようにすると、ダイヤモンドが結晶内
部の多数の常磁性中心により比較的高い電子磁化を示す
ことを利用できる。この電子磁化は適切な方法を用いれ
ば１ミリ秒程度の時定数でそれぞれ生成と減衰を起すこ
とができる。急速に発生する電子磁化は核に伝達され
る。電子と核が同じ量子系に含まれているため、これが
可能になる。連続波操作を用いた実験では、磁化の伝達
は２０分から１時間程度の時定数でスピン拡散を介して
行われる。しかし本発明の好適実施例によるパルスによ
る実験を行うと、電子磁化と核磁化の間の伝達時間は禁
止帯伝達がないためわずかに数ミリ秒程度である。
部の多数の常磁性中心により比較的高い電子磁化を示す
ことを利用できる。この電子磁化は適切な方法を用いれ
ば１ミリ秒程度の時定数でそれぞれ生成と減衰を起すこ
とができる。急速に発生する電子磁化は核に伝達され
る。電子と核が同じ量子系に含まれているため、これが
可能になる。連続波操作を用いた実験では、磁化の伝達
は２０分から１時間程度の時定数でスピン拡散を介して
行われる。しかし本発明の好適実施例によるパルスによ
る実験を行うと、電子磁化と核磁化の間の伝達時間は禁
止帯伝達がないためわずかに数ミリ秒程度である。
【００４０】このようにすると、本発明により数千倍ま
での分極増幅を得ることが可能になる。理論的限界は、
これまでの知見によれば１６，０００倍である。
での分極増幅を得ることが可能になる。理論的限界は、
これまでの知見によれば１６，０００倍である。
【００４１】ＥＳＲ測定は比較的高い周波数、典型的に
はマイクロ波帯の周波数で行う。したがって、適切な磁
場を考慮しなければならない。このようなＮＭＲ測定を
少なくとも磁場強度４Ｔの磁界内で行う場合、13Ｃ測定
周波数は４０ＭＨｚ程度となる。しかし、このような磁
界内では、ＥＳＲ共鳴周波数は約１００ＧＨｚである。
このようなマイクロ波の場の、キンバーライト内部への
浸透厚さは約１ミリメートル程度である。
はマイクロ波帯の周波数で行う。したがって、適切な磁
場を考慮しなければならない。このようなＮＭＲ測定を
少なくとも磁場強度４Ｔの磁界内で行う場合、13Ｃ測定
周波数は４０ＭＨｚ程度となる。しかし、このような磁
界内では、ＥＳＲ共鳴周波数は約１００ＧＨｚである。
このようなマイクロ波の場の、キンバーライト内部への
浸透厚さは約１ミリメートル程度である。
【００４２】これに対して、電子磁化が２ＧＨｚの周波
数で発生すると、必要とされる磁場強度はわずか８０ｍ
Ｔである。キンバーライト内部へのマイクロ波の場の浸
透深度はサンプルの粒子寸法のほぼ半分に対応する約１
０センチメートルである。
数で発生すると、必要とされる磁場強度はわずか８０ｍ
Ｔである。キンバーライト内部へのマイクロ波の場の浸
透深度はサンプルの粒子寸法のほぼ半分に対応する約１
０センチメートルである。
【００４３】続けて13Ｃの核磁気共鳴を８０ｍＴの同じ
磁場内部で発生することができる。これはＮＭＲ測定周
波数約４００ｋＨｚに対応する。しかし、このような低
いＮＭＲ周波数では、プローブヘッド内部で非常に長い
不感時間が発生し全体としての感度が低下する。
磁場内部で発生することができる。これはＮＭＲ測定周
波数約４００ｋＨｚに対応する。しかし、このような低
いＮＭＲ周波数では、プローブヘッド内部で非常に長い
不感時間が発生し全体としての感度が低下する。
【００４４】したがって、第１に電子磁化を発生させて
おき、次に、望ましくは離れた場所に在る第２の磁場で
さらにサンプルを処理するのが望ましい。２つの場所の
間の移動の間で磁化は相変化するが、横断方向の緩和時
間Ｔ2 程度の時定数で第２の磁場内部において位相を戻
すことができる。後続のＮＭＲ測定では、完全な磁化か
ら緩和時間Ｔ1Dでの減衰部分を引いた分がまた得られ
る。この緩和時間Ｔ1Dは天然ダイヤモンドでは数時間程
度である。
おき、次に、望ましくは離れた場所に在る第２の磁場で
さらにサンプルを処理するのが望ましい。２つの場所の
間の移動の間で磁化は相変化するが、横断方向の緩和時
間Ｔ2 程度の時定数で第２の磁場内部において位相を戻
すことができる。後続のＮＭＲ測定では、完全な磁化か
ら緩和時間Ｔ1Dでの減衰部分を引いた分がまた得られ
る。この緩和時間Ｔ1Dは天然ダイヤモンドでは数時間程
度である。
【００４５】異なる磁場強度の磁界を用い、一方でＥＳ
Ｒを用いた予備分極を発生させ、他方でこのようなＮＭ
Ｒ測定を行うことが望ましい。さらには、第２の磁界が
第１の磁界より強力な時が好適である。たとえば、緩和
時間Ｔ1 は磁場強度の自乗に一般に比例するので、発生
する磁化は低い磁場強度ほど短時間となる。
Ｒを用いた予備分極を発生させ、他方でこのようなＮＭ
Ｒ測定を行うことが望ましい。さらには、第２の磁界が
第１の磁界より強力な時が好適である。たとえば、緩和
時間Ｔ1 は磁場強度の自乗に一般に比例するので、発生
する磁化は低い磁場強度ほど短時間となる。
【００４６】一方の同じマグネットで異なる磁場強度を
発生させるのもこれにあわせて磁場を切り換ることによ
り可能であろうが、空間的に離れた２つの磁場、即ち２
つの異なるマグネット系を用いるのが好適である。たと
えば、予備分極をＥＳＲにより行うために抵抗性マグネ
ット系を用いることができる。１Ｔ以下の磁場強度を有
する磁場では、ＥＳＲ共鳴周波数は数ＧＨｚ程度であ
る。このようなマイクロ波周波数では、マイクロ波部材
を比較的大きな寸法になるように設計しておき、大きな
サンプルとサンプル材料の連続した流れの大流量が予備
分極できるようにする。
発生させるのもこれにあわせて磁場を切り換ることによ
り可能であろうが、空間的に離れた２つの磁場、即ち２
つの異なるマグネット系を用いるのが好適である。たと
えば、予備分極をＥＳＲにより行うために抵抗性マグネ
ット系を用いることができる。１Ｔ以下の磁場強度を有
する磁場では、ＥＳＲ共鳴周波数は数ＧＨｚ程度であ
る。このようなマイクロ波周波数では、マイクロ波部材
を比較的大きな寸法になるように設計しておき、大きな
サンプルとサンプル材料の連続した流れの大流量が予備
分極できるようにする。
【００４７】対照的に、これに続くＮＭＲ測定では４Ｔ
程度の超電導マグネット系を用いれば従来技術を用いて
４０ＭＨｚ程度の13Ｃ測定を行うことができる。
程度の超電導マグネット系を用いれば従来技術を用いて
４０ＭＨｚ程度の13Ｃ測定を行うことができる。
【００４８】電子共鳴は連続波信号またはパルス信号で
励起できる。さらに断熱径路による実験を行うこともで
きる。
励起できる。さらに断熱径路による実験を行うこともで
きる。
【００４９】核磁気共鳴の測定には励起パルスとこれに
続く少なくともひとつの再フォーカスパルスを含むスピ
ンエコーパルス・シーケンスを使用するのが好適であ
る。
続く少なくともひとつの再フォーカスパルスを含むスピ
ンエコーパルス・シーケンスを使用するのが好適であ
る。
【００５０】検出は13Ｃ信号の強度によって行うことも
できる。キンバーライトは非常に小量の炭素をこれまで
になんの作用も受けていない炭酸として含有している。
したがって13Ｃ信号を検出した場合、ダイアモンドが存
在する確率が高い。13Ｃ信号の強度は岩石に含まれるダ
イヤモンドの大きさを表わすことになる。
できる。キンバーライトは非常に小量の炭素をこれまで
になんの作用も受けていない炭酸として含有している。
したがって13Ｃ信号を検出した場合、ダイアモンドが存
在する確率が高い。13Ｃ信号の強度は岩石に含まれるダ
イヤモンドの大きさを表わすことになる。
【００５１】ここで本発明の好適な応用範囲、言い換え
れば包含しているキンバーライト内部のダイヤモンドの
検出を考察すると、サンプル材料を処理するための数種
類の方法が使用できる。
れば包含しているキンバーライト内部のダイヤモンドの
検出を考察すると、サンプル材料を処理するための数種
類の方法が使用できる。
【００５２】一方、サンプル材料の連続した流れを測定
することが可能である。
することが可能である。
【００５３】この方法は、ダイヤモンド鉱脈の操業中に
断続法ステップを用いないという利点を有している。そ
の代わり、フロー処理で連続処理する前に第１の段階で
抽出した岩石材料は破砕しておく。
断続法ステップを用いないという利点を有している。そ
の代わり、フロー処理で連続処理する前に第１の段階で
抽出した岩石材料は破砕しておく。
【００５４】他方、所定のサンプル量を個別に測定する
ような断続法を使用することもできる。
ような断続法を使用することもできる。
【００５５】この方法は所定のサンプル量のひとつに含
まれるダイヤモンドを検出するためにひとつの注目する
サンプル量を簡単に取り出せるという利点を有してい
る。
まれるダイヤモンドを検出するためにひとつの注目する
サンプル量を簡単に取り出せるという利点を有してい
る。
【００５６】特に、取り出したサンプル量はさらに少な
い量に分割することができ、この少ない量をまた測定処
理にかけることで段階的に検出したダイヤモンドが在る
はずのサンプル量の非常に少ない部分を識別することが
できる。
い量に分割することができ、この少ない量をまた測定処
理にかけることで段階的に検出したダイヤモンドが在る
はずのサンプル量の非常に少ない部分を識別することが
できる。
【００５７】これら全ての方法では核磁気共鳴による同
定またはイメージング測定法を用いるのが有利である。
定またはイメージング測定法を用いるのが有利である。
【００５８】この測定は特定のサンプル量にダイヤモン
ドが存在するかしないかを明らかにすることができるだ
けではないという利点を有している。むしろ、サンプル
量の中のサンプルを特定することもできる。１次元測定
では、たとえば、細長いサンプル容器を用いて長手方向
のどこにダイヤモンドが存在するかを指定できる。多次
元的測定を用いると、さらに正確にダイヤモンドの所在
を特定することができる。もっと少ない労力で、ダイヤ
モンドを損傷する危険を犯さずに周辺の岩石からダイヤ
モンドを注意深く取り出すことができ、また周辺の岩石
を破砕する時に破壊することもない。たとえば、ダイヤ
モンド周囲のある程度の厚み以外の周辺の岩石を除去し
てから残りの岩石から化学的にダイヤモンドを取り出す
ことができるが、これは鉱脈から採掘した岩石材料全体
の大量処理中にはできない。
ドが存在するかしないかを明らかにすることができるだ
けではないという利点を有している。むしろ、サンプル
量の中のサンプルを特定することもできる。１次元測定
では、たとえば、細長いサンプル容器を用いて長手方向
のどこにダイヤモンドが存在するかを指定できる。多次
元的測定を用いると、さらに正確にダイヤモンドの所在
を特定することができる。もっと少ない労力で、ダイヤ
モンドを損傷する危険を犯さずに周辺の岩石からダイヤ
モンドを注意深く取り出すことができ、また周辺の岩石
を破砕する時に破壊することもない。たとえば、ダイヤ
モンド周囲のある程度の厚み以外の周辺の岩石を除去し
てから残りの岩石から化学的にダイヤモンドを取り出す
ことができるが、これは鉱脈から採掘した岩石材料全体
の大量処理中にはできない。
【００５９】さらなる利点は後述の詳細な説明と添付の
図面から明らかになろう。
図面から明らかになろう。
【００６０】前述した特徴および後述するような特徴は
それぞれの組み合せで使用されるばかりではなく、他の
組み合せで、または単独で、本発明の範囲を逸脱するこ
となく用いることができる。
それぞれの組み合せで使用されるばかりではなく、他の
組み合せで、または単独で、本発明の範囲を逸脱するこ
となく用いることができる。
【００６１】本発明の実施例は図面に図示してあり後述
の説明でさらに詳細に説明する。
の説明でさらに詳細に説明する。
【００６２】図１において、参照番号１はダイヤモンド
鉱脈内で行う爆破または発破を表わしている。爆破され
る岩石は典型的には４００ミリメートル程度の「粒状」
を有する大きな岩石片となる。この比較的大きな岩石片
を切羽からコンベア径路２に沿って第１の砕石ミル３へ
搬出する。第１の砕石ミル３は比較的大きな岩石片を破
砕して、１００ないし２００ミリメートルの間の粒状の
鉱石を生成する。搬出量は毎時１００トン程度である。
砕石ミル３で破砕した鉱石はマグネット４の動作範囲を
通って搬出される。マグネット４は強力な磁場傾斜を有
しており、搬出される材料から後続の測定および処理部
で危険なことのある鉄磁性成分を除外するために用いら
れる。
鉱脈内で行う爆破または発破を表わしている。爆破され
る岩石は典型的には４００ミリメートル程度の「粒状」
を有する大きな岩石片となる。この比較的大きな岩石片
を切羽からコンベア径路２に沿って第１の砕石ミル３へ
搬出する。第１の砕石ミル３は比較的大きな岩石片を破
砕して、１００ないし２００ミリメートルの間の粒状の
鉱石を生成する。搬出量は毎時１００トン程度である。
砕石ミル３で破砕した鉱石はマグネット４の動作範囲を
通って搬出される。マグネット４は強力な磁場傾斜を有
しており、搬出される材料から後続の測定および処理部
で危険なことのある鉄磁性成分を除外するために用いら
れる。
【００６３】サンプル材料はコンベア径路２に沿って測
定装置５の動作範囲に搬入される。この装置の詳細につ
いては後述する。測定装置５はダイヤモンドが所定のサ
ンプル量の中に、または連続的に流れるサンプル材料の
流れの所定の領域内に存在するかまたは存在しないかを
特定するのに適している。これに続く分離装置６は制御
線７経由で測定装置５により制御される。ダイヤモンド
がある部分のサンプル材料で検出された場合、分離装置
６はその部分を第１の出力８へ取り出し、ここから価値
のあるサンプル材料部分をさらに調べることができる。
残りのダイヤモンドが入っていない無価値なサンプル材
料は第２の出力９に取り出し、模式的にしか図示してい
ない廃棄容器へと搬出するか、または配材置場に搬出す
る。
定装置５の動作範囲に搬入される。この装置の詳細につ
いては後述する。測定装置５はダイヤモンドが所定のサ
ンプル量の中に、または連続的に流れるサンプル材料の
流れの所定の領域内に存在するかまたは存在しないかを
特定するのに適している。これに続く分離装置６は制御
線７経由で測定装置５により制御される。ダイヤモンド
がある部分のサンプル材料で検出された場合、分離装置
６はその部分を第１の出力８へ取り出し、ここから価値
のあるサンプル材料部分をさらに調べることができる。
残りのダイヤモンドが入っていない無価値なサンプル材
料は第２の出力９に取り出し、模式的にしか図示してい
ない廃棄容器へと搬出するか、または配材置場に搬出す
る。
【００６４】図２は測定装置５の詳細を示している。
【００６５】前処理部１２は測定装置５の入力に配置し
てあり、前処理部１２には分析部１３が続く。分析部１
３は従来設計の核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定装置を含む。
ＮＭＲ測定装置は、たとえば、約４．７Ｔの磁場強度を
有する超電導磁石を含み、測定装置が約５０ＭＨｚで13
Ｃ測定を行うことができるようにする。
てあり、前処理部１２には分析部１３が続く。分析部１
３は従来設計の核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定装置を含む。
ＮＭＲ測定装置は、たとえば、約４．７Ｔの磁場強度を
有する超電導磁石を含み、測定装置が約５０ＭＨｚで13
Ｃ測定を行うことができるようにする。
【００６６】分析部１３はコンピュータ１４を制御して
おり、コンピュータ１４はサンプルセパレータ部材１５
を作動させる。サンプルセパレータ１５は、たとえば強
力なブロワとして、サンプル材料の流れを排出容器１０
に、またはダイヤモンドを含む価値のあるサンプル材料
を貯めておくダイヤモンド回収容器１６に向けることが
できる。
おり、コンピュータ１４はサンプルセパレータ部材１５
を作動させる。サンプルセパレータ１５は、たとえば強
力なブロワとして、サンプル材料の流れを排出容器１０
に、またはダイヤモンドを含む価値のあるサンプル材料
を貯めておくダイヤモンド回収容器１６に向けることが
できる。
【００６７】図３は前処理部１２の詳細を示している。
【００６８】コンベア径路１２は前処理部１２の動作範
囲内のベルトコンベアとして構成する。岩石片２１はベ
ルトコンベア上２０を矢印２２の方向へ、即ち図３の左
から右へ搬送される。
囲内のベルトコンベアとして構成する。岩石片２１はベ
ルトコンベア上２０を矢印２２の方向へ、即ち図３の左
から右へ搬送される。
【００６９】ベルトコンベア２０上の岩石片２１は、た
とえば通常の抵抗性マグネット系の低強度マグネット装
置２４を通って搬送される。マグネット装置２４はたと
えば０．０８５７Ｔの磁場強度を有し約１００，０００
立方センチメートルの容積内で５×１０の−４乗の均一
性の均一な予備分極磁場を発生する。磁石装置２４は、
たとえば、２重ヘルムホルツ構造で自由内腔直径７００
ミリメートルの、半径方向および軸方向の両方で磁場中
心へ向って到達できる水冷空芯コイルとすることができ
る。
とえば通常の抵抗性マグネット系の低強度マグネット装
置２４を通って搬送される。マグネット装置２４はたと
えば０．０８５７Ｔの磁場強度を有し約１００，０００
立方センチメートルの容積内で５×１０の−４乗の均一
性の均一な予備分極磁場を発生する。磁石装置２４は、
たとえば、２重ヘルムホルツ構造で自由内腔直径７００
ミリメートルの、半径方向および軸方向の両方で磁場中
心へ向って到達できる水冷空芯コイルとすることができ
る。
【００７０】マグネット装置２４はマイクロ波共鳴系を
包含する。本システムは動作周波数がたとえば３ＧＨｚ
でマイクロ波共鳴器に接続してあるマイクロ波源２５を
含む。術語「共鳴器」は考えうるあらゆる種類のマイク
ロ波に共鳴するまたは共鳴しない構造、即ち中空の空
洞、線共鳴器、導波管、ホーンなどを含むものと理解す
べきである。
包含する。本システムは動作周波数がたとえば３ＧＨｚ
でマイクロ波共鳴器に接続してあるマイクロ波源２５を
含む。術語「共鳴器」は考えうるあらゆる種類のマイク
ロ波に共鳴するまたは共鳴しない構造、即ち中空の空
洞、線共鳴器、導波管、ホーンなどを含むものと理解す
べきである。
【００７１】これ以外に、または追加として、イオン放
射の供給源２７を設けてもよい。図示した実施例では、
マイクロ波共鳴器２６にはイオン放射が供給源２７から
マイクロ波共鳴器２６内部に入射できる、即ちここを通
る岩石片２１に入射できるようにするためのスロット２
８が設けてある。
射の供給源２７を設けてもよい。図示した実施例では、
マイクロ波共鳴器２６にはイオン放射が供給源２７から
マイクロ波共鳴器２６内部に入射できる、即ちここを通
る岩石片２１に入射できるようにするためのスロット２
８が設けてある。
【００７２】さらに、またはこれ以外に、マグネット装
置２４内の岩石片２１内部に超音波発振を発生するため
の超音波トランスデューサ２９を設けてもよい。
置２４内の岩石片２１内部に超音波発振を発生するため
の超音波トランスデューサ２９を設けてもよい。
【００７３】このためには、超音波発振を岩石片２１に
伝達できるようにする結合媒体が必要である。適切な結
合媒体としてはシリコン油がある。図３において、参照
番号３０は結合媒体を循環させるカイロを示す。参照番
号３１で結合媒体は岩石片２１と接触してからマグネッ
ト装置２４とマイクロ波共鳴器２６それぞれの動作範囲
に入る。岩石片２１がこの領域から搬出されると、結合
媒体は結合媒体除去部３２で除去される。矢印３４で示
す閉ループ回路のため、結合媒体を再循環させたとえば
熱交換器３３を通して圧送することができる。このよう
にすることで、結合媒体を圧送、冷却した後、３１で入
力に還元することができる。
伝達できるようにする結合媒体が必要である。適切な結
合媒体としてはシリコン油がある。図３において、参照
番号３０は結合媒体を循環させるカイロを示す。参照番
号３１で結合媒体は岩石片２１と接触してからマグネッ
ト装置２４とマイクロ波共鳴器２６それぞれの動作範囲
に入る。岩石片２１がこの領域から搬出されると、結合
媒体は結合媒体除去部３２で除去される。矢印３４で示
す閉ループ回路のため、結合媒体を再循環させたとえば
熱交換器３３を通して圧送することができる。このよう
にすることで、結合媒体を圧送、冷却した後、３１で入
力に還元することができる。
【００７４】場合によっては、独立した冷却媒体を使用
することが必須ではなく、適切な超音波トランスデュー
サと岩石片２１の間の物理的接触を保てば充分なことも
ある。たとえば、ピストンとシリンダから成るユニット
を用いて岩石片２１に圧接される平坦なトランスデュー
サを用いることが可能である。
することが必須ではなく、適切な超音波トランスデュー
サと岩石片２１の間の物理的接触を保てば充分なことも
ある。たとえば、ピストンとシリンダから成るユニット
を用いて岩石片２１に圧接される平坦なトランスデュー
サを用いることが可能である。
【００７５】図２および図３による装置は次のように動
作する：前処理部１２はダイヤモンド内の13Ｃ核の磁化
発生が短縮するように流れるサンプル材料に作用する目
的を有している。このようにすることで、測定時間を受
け入れ可能な値まで減少させ、連続的、または半連続的
な測定が毎時１，０００トン程度の出力を有する採掘場
で可能になるようにすべきである。
作する：前処理部１２はダイヤモンド内の13Ｃ核の磁化
発生が短縮するように流れるサンプル材料に作用する目
的を有している。このようにすることで、測定時間を受
け入れ可能な値まで減少させ、連続的、または半連続的
な測定が毎時１，０００トン程度の出力を有する採掘場
で可能になるようにすべきである。
【００７６】磁化の発生を短縮するために必要な励起は
さまざまな方法で行うことができる：第１の選択肢によ
れば、サンプル材料、即ち岩石片２１は第１の磁場強度
Ｂ01を有するマグネット装置２４内部の第１の磁場に曝
露される。同時にマイクロ波の場をマイクロ波共鳴器２
６内部のマイクロ波源２５を用いて照射することによ
り、電子系が励起され数ミリ秒の非常に短い時間で励起
が可能になる。電子スピン共鳴（ＥＳＲ）はマイクロ波
源２５の連続波信号を用いて、またはそれ自体が周知の
ようにパルス信号を用いて、励起することができる。ま
た断熱径路内で実験を行うこともできる。このように磁
化され対になっていない電子は結晶格子内の欠陥によ
り、または結晶構造内の不純物またはオフセットにより
存在する電子である。
さまざまな方法で行うことができる：第１の選択肢によ
れば、サンプル材料、即ち岩石片２１は第１の磁場強度
Ｂ01を有するマグネット装置２４内部の第１の磁場に曝
露される。同時にマイクロ波の場をマイクロ波共鳴器２
６内部のマイクロ波源２５を用いて照射することによ
り、電子系が励起され数ミリ秒の非常に短い時間で励起
が可能になる。電子スピン共鳴（ＥＳＲ）はマイクロ波
源２５の連続波信号を用いて、またはそれ自体が周知の
ようにパルス信号を用いて、励起することができる。ま
た断熱径路内で実験を行うこともできる。このように磁
化され対になっていない電子は結晶格子内の欠陥によ
り、または結晶構造内の不純物またはオフセットにより
存在する電子である。
【００７７】磁場強度Ｂ01は典型的には０．０１から
０．２Ｔの間である。これは２５０ＭＨｚから６ＧＨｚ
の間のＥＳＲ共鳴周波数に対応する。照射されるマイク
ロ波の出力はダイヤモンド内部の電子スピン系を飽和さ
せるのに充分な量である。電子系の磁化は核磁気の強調
のためにスピン系に伝達される。
０．２Ｔの間である。これは２５０ＭＨｚから６ＧＨｚ
の間のＥＳＲ共鳴周波数に対応する。照射されるマイク
ロ波の出力はダイヤモンド内部の電子スピン系を飽和さ
せるのに充分な量である。電子系の磁化は核磁気の強調
のためにスピン系に伝達される。
【００７８】これは２つの別の方法で行うことができ
る：一つ目の可能性は、強いＲＦ磁場内で予め選択した
ＥＳＲ遷移を励起し、ＲＦ磁場のベクトルを静磁場と直
角の方向に向けることによる。マイクロ波照射強度はＥ
ＳＲ線が飽和するように設定しなければならない。正確
な周波数は交叉分極の種類で左右される。ダイヤモンド
の場合、周波数は純粋なＥＳＲ周波数から対応する静磁
場内のＮＭＲラーマー周波数だけオフセットされる必要
がある。ＥＳＲ遷移が飽和する時間は電子のスピン格子
緩和時間により、また核の緩和時間により変化する。ダ
イヤモンドの場合、５分以内の時間でも、非常に小さい
粒子が検出できるように磁化を強調できる。
る：一つ目の可能性は、強いＲＦ磁場内で予め選択した
ＥＳＲ遷移を励起し、ＲＦ磁場のベクトルを静磁場と直
角の方向に向けることによる。マイクロ波照射強度はＥ
ＳＲ線が飽和するように設定しなければならない。正確
な周波数は交叉分極の種類で左右される。ダイヤモンド
の場合、周波数は純粋なＥＳＲ周波数から対応する静磁
場内のＮＭＲラーマー周波数だけオフセットされる必要
がある。ＥＳＲ遷移が飽和する時間は電子のスピン格子
緩和時間により、また核の緩和時間により変化する。ダ
イヤモンドの場合、５分以内の時間でも、非常に小さい
粒子が検出できるように磁化を強調できる。
【００７９】磁化の発生を短縮するためのさらなる可能
性は静的な放射ではなく適切なパルス・シーケンスによ
る磁化作用を発生させることより成る。このようなパル
ス・シーケンスはそれ自体が周知である。
性は静的な放射ではなく適切なパルス・シーケンスによ
る磁化作用を発生させることより成る。このようなパル
ス・シーケンスはそれ自体が周知である。
【００８０】適切なパルス・シーケンスについては、
Ａ．ヘンストラらの「電子スピンロッキングによる核ス
ピンの方向づけ（ＮＯＶＥＬ）」（"Nuclear spinOrien
tation Via Electron spin Locking (NOVEL)" of Henst
ra, A. et al.,Journal of Magnetic Resonance, 77,
pp.389-393 (1988)）に記載されている。このパルス・
シーケンスの作用下で、電子の磁化はＲＦ磁場によりス
ピンがロックされる。スピンロック・パルスの振幅が改
良ハートマン・ハーン条件に一致している場合、電子系
の磁化は炭素スピン系に伝達される。この伝達は核スピ
ン系と電子スピン系の間のダイポール相互作用を説明す
るフリップフロップ式で行われる。
Ａ．ヘンストラらの「電子スピンロッキングによる核ス
ピンの方向づけ（ＮＯＶＥＬ）」（"Nuclear spinOrien
tation Via Electron spin Locking (NOVEL)" of Henst
ra, A. et al.,Journal of Magnetic Resonance, 77,
pp.389-393 (1988)）に記載されている。このパルス・
シーケンスの作用下で、電子の磁化はＲＦ磁場によりス
ピンがロックされる。スピンロック・パルスの振幅が改
良ハートマン・ハーン条件に一致している場合、電子系
の磁化は炭素スピン系に伝達される。この伝達は核スピ
ン系と電子スピン系の間のダイポール相互作用を説明す
るフリップフロップ式で行われる。
【００８１】相互分極のパルス法を用いる場合、選別処
理内での、たとえばダイヤモンド鉱山でのサンプル材料
の実質的に高い質料流量で作業することができる。これ
は磁化の伝達が前述のように加速されるためである。さ
らに、パルス・シーケンスにより検出用法の大きな帯域
幅が可能になるが、これはスピン系を何らかの考え得る
方法で操作できるためである。このような方法では周辺
の岩石中のマイクロ波の場の吸収に起因するサンプル内
のＲＦ磁場の変動を補償することができる。
理内での、たとえばダイヤモンド鉱山でのサンプル材料
の実質的に高い質料流量で作業することができる。これ
は磁化の伝達が前述のように加速されるためである。さ
らに、パルス・シーケンスにより検出用法の大きな帯域
幅が可能になるが、これはスピン系を何らかの考え得る
方法で操作できるためである。このような方法では周辺
の岩石中のマイクロ波の場の吸収に起因するサンプル内
のＲＦ磁場の変動を補償することができる。
【００８２】前述の測定効果は、電子系の充分な磁化を
起こす上でダイヤモンド内部の対になっていない電子の
充分な濃度に依存している。結晶内部に一時的な欠陥を
生成することで対になっていない電子の個数を人工的に
増加することができる。このようにすると、電子は拘束
されていた軌道からはずれ、充分な時間間隔にわたり対
になっていない電子が自由になり、ダイヤモンドに永久
的な損傷を与えることなく磁化処理に組み込むことがで
きる。
起こす上でダイヤモンド内部の対になっていない電子の
充分な濃度に依存している。結晶内部に一時的な欠陥を
生成することで対になっていない電子の個数を人工的に
増加することができる。このようにすると、電子は拘束
されていた軌道からはずれ、充分な時間間隔にわたり対
になっていない電子が自由になり、ダイヤモンドに永久
的な損傷を与えることなく磁化処理に組み込むことがで
きる。
【００８３】このような対になっていない電子の過渡的
な生成はたとえばサンプルを前述したイオン放射に曝露
する、すなわちサンプルをガンマ線、中性子ビーム、Ｘ
線、または紫外線に曝露することで行える。
な生成はたとえばサンプルを前述したイオン放射に曝露
する、すなわちサンプルをガンマ線、中性子ビーム、Ｘ
線、または紫外線に曝露することで行える。
【００８４】磁化の生成を短縮させるための別の方法と
して、超音波発振をダイヤモンド内部で励起する方法を
用いることがある。これは前述の方法に加えて行ってい
もよい。
して、超音波発振をダイヤモンド内部で励起する方法を
用いることがある。これは前述の方法に加えて行ってい
もよい。
【００８５】超音波発振がダイヤモンド内部で励起され
ると、ダイヤモンドの緩和率が異なるエネルギー準位の
間で遷移を起す条件を発生させるのに利用できるメカニ
ズムの個数に依存する。正しい刺激周波数で超音波をサ
ンプルに適用すると、格子の光子の個数が増加し、した
がって、エネルギー準位間の遷移数が増加する。これに
よって磁化の平衡にさらに迅速に到達することができ
る。
ると、ダイヤモンドの緩和率が異なるエネルギー準位の
間で遷移を起す条件を発生させるのに利用できるメカニ
ズムの個数に依存する。正しい刺激周波数で超音波をサ
ンプルに適用すると、格子の光子の個数が増加し、した
がって、エネルギー準位間の遷移数が増加する。これに
よって磁化の平衡にさらに迅速に到達することができ
る。
【００８６】前処理部でこのように前処理したサンプル
材料は分析部１３の操作領域に搬入する。
材料は分析部１３の操作領域に搬入する。
【００８７】分析部１３は磁場強度Ｂ02の磁場を発生す
るさらなるマグネット系を含む。関連するマグネット系
は４．７Ｔ程度の磁場強度を発生する超電導マグネット
が望ましい。13Ｃ核に対応するＮＭＲ測定周波数はおよ
そ５０ＭＨｚである。
るさらなるマグネット系を含む。関連するマグネット系
は４．７Ｔ程度の磁場強度を発生する超電導マグネット
が望ましい。13Ｃ核に対応するＮＭＲ測定周波数はおよ
そ５０ＭＨｚである。
【００８８】停留時間を適切に設定することでサンプル
材料が充分な時間間隔にわたって前処理部１２の動作範
囲内におかれたことにより、サンプル材料はキンバーラ
イトに含まれるダイヤモンドが磁化され、これに対応す
るＮＭＲ測定を行うのに充分な状態で隣接する分析部１
３へ搬送される。時定数が関係するため、前処理部１２
から分析部１３への急速な移動は必要とされない。実験
によれば、予備分極が受け入れられないほどの影響を受
けないので約１０分の時間間隔でも有害ではないことが
示された。
材料が充分な時間間隔にわたって前処理部１２の動作範
囲内におかれたことにより、サンプル材料はキンバーラ
イトに含まれるダイヤモンドが磁化され、これに対応す
るＮＭＲ測定を行うのに充分な状態で隣接する分析部１
３へ搬送される。時定数が関係するため、前処理部１２
から分析部１３への急速な移動は必要とされない。実験
によれば、予備分極が受け入れられないほどの影響を受
けないので約１０分の時間間隔でも有害ではないことが
示された。
【００８９】前処理部１２と分析部１３のあいだの移動
中に予備分極への影響を避けるため、様々な手段をさら
に講じることができる。
中に予備分極への影響を避けるため、様々な手段をさら
に講じることができる。
【００９０】第１に、実質的なフリンジ磁場が発生する
ように処理部１２、１３のマグネット系を設計すること
ができる。処理部１２、１３が互いに離れすぎていない
ならば、サンプル材料は予備分極を保存するのに充分な
ある程度の残留磁場、たとえば５Ｇから１０Ｇの磁場内
に常に留まることになる。
ように処理部１２、１３のマグネット系を設計すること
ができる。処理部１２、１３が互いに離れすぎていない
ならば、サンプル材料は予備分極を保存するのに充分な
ある程度の残留磁場、たとえば５Ｇから１０Ｇの磁場内
に常に留まることになる。
【００９１】第２に、処理部１２、１３の間のコンベア
を、たとえばコンベアに沿って配置した細長いソレノイ
ドまたは永久磁石からなる低磁場マグネット系で取り囲
むことができる。
を、たとえばコンベアに沿って配置した細長いソレノイ
ドまたは永久磁石からなる低磁場マグネット系で取り囲
むことができる。
【００９２】第３に、サンプル材料が容器たとえばバケ
ットで搬送される場合、永久磁石を容器に取り付けてお
くことができる。
ットで搬送される場合、永久磁石を容器に取り付けてお
くことができる。
【００９３】分析部１３でのＮＭＲ測定は基本的に従来
どおりである。サンプル材料は磁場強度Ｂ02の磁場の中
心に置かれ、同時に従来の方法でＲＦ周波数の電磁パル
スに曝露される。サンプル材料から放射されるスピンエ
コー信号を受信処理し、コンピュータ１４に転送する。
どおりである。サンプル材料は磁場強度Ｂ02の磁場の中
心に置かれ、同時に従来の方法でＲＦ周波数の電磁パル
スに曝露される。サンプル材料から放射されるスピンエ
コー信号を受信処理し、コンピュータ１４に転送する。
【００９４】分析部１３は、たとえばBRUKER DSX 200 S
WBの名称で入手可能な市販の標準型ＮＭＲスペクトロメ
ータを含む。このスペクトロメータは縦方向の直径１５
センチメートルの内腔を有する超電導マグネットを含
む。このマグネット系を用いると、最大寸法で７センチ
メートルまでのキンバーライト岩石片を個別にまたはバ
ッチのいずれかで調査することができる。
WBの名称で入手可能な市販の標準型ＮＭＲスペクトロメ
ータを含む。このスペクトロメータは縦方向の直径１５
センチメートルの内腔を有する超電導マグネットを含
む。このマグネット系を用いると、最大寸法で７センチ
メートルまでのキンバーライト岩石片を個別にまたはバ
ッチのいずれかで調査することができる。
【００９５】岩石片はコンベアベルトの終端からマグネ
ット内腔へ、望ましくは対向する気流の作用に逆らって
自由落下する。このような方法では、岩石片はエアクッ
ションのためにまたは対向する気流の作用で減速され、
測定され、マグネットの直下に配置した第２のコンベア
ベルトに受け止められる。
ット内腔へ、望ましくは対向する気流の作用に逆らって
自由落下する。このような方法では、岩石片はエアクッ
ションのためにまたは対向する気流の作用で減速され、
測定され、マグネットの直下に配置した第２のコンベア
ベルトに受け止められる。
【００９６】サンプルがたとえば４．７Ｔの磁場の中心
にきた時に、パルス即ちサンプルを取り囲む送信コイル
によるＲＦ磁場に曝露される。サンプルから放射されサ
ンプル内の自由誘導減衰に対応するエコー信号が同じコ
イルで受信され、増幅、デジタル化、インタリーブ化さ
れてコンピュータ１４へ供給される。
にきた時に、パルス即ちサンプルを取り囲む送信コイル
によるＲＦ磁場に曝露される。サンプルから放射されサ
ンプル内の自由誘導減衰に対応するエコー信号が同じコ
イルで受信され、増幅、デジタル化、インタリーブ化さ
れてコンピュータ１４へ供給される。
【００９７】コンピュータ１４は伝達関数を用いて、た
とえばフーリエ変換を用いて周波数領域内のスペクトル
を導出する。このように誘導した周波数領域スペクトル
はダイヤモンド内の13Ｃに特徴的な吸収線の発生を調査
される。これに代って、または同時に、何らかの信号処
理技術たとえばニューラルネットワークを用いることに
より、エコー信号を時間領域で直接分析してもよい。
とえばフーリエ変換を用いて周波数領域内のスペクトル
を導出する。このように誘導した周波数領域スペクトル
はダイヤモンド内の13Ｃに特徴的な吸収線の発生を調査
される。これに代って、または同時に、何らかの信号処
理技術たとえばニューラルネットワークを用いることに
より、エコー信号を時間領域で直接分析してもよい。
【００９８】前述したようにサンプルがエアクッション
の上でまたは減少した落下速度で測定できるように、Ｎ
ＭＲ測定は１ミリ秒の時間内に行うことができる。これ
に代って、高水準で後続の測定の反復速度が設定できる
ようにするためシリンダからの積み込みと積み下し時間
を非常に短く設定してもよい。
の上でまたは減少した落下速度で測定できるように、Ｎ
ＭＲ測定は１ミリ秒の時間内に行うことができる。これ
に代って、高水準で後続の測定の反復速度が設定できる
ようにするためシリンダからの積み込みと積み下し時間
を非常に短く設定してもよい。
【００９９】ダイヤモンド鉱脈内での操作には、１メー
トル程度の自由内腔直径を有するような非常に大きなマ
グネット系を使用してもよい。それぞれのコンベアシス
テムによって、マグネットの内腔は垂直方向または水平
方向に向けることができる。このような水平方向の内腔
を有するマグネット系は、たとえば核スピントモグラフ
ィー、即ちイメージングＮＭＲの医療分野での応用に用
いられている。
トル程度の自由内腔直径を有するような非常に大きなマ
グネット系を使用してもよい。それぞれのコンベアシス
テムによって、マグネットの内腔は垂直方向または水平
方向に向けることができる。このような水平方向の内腔
を有するマグネット系は、たとえば核スピントモグラフ
ィー、即ちイメージングＮＭＲの医療分野での応用に用
いられている。
【０１００】このようなＮＭＲ測定はパルス・シーケン
スを放射することで行う。第１の９０°パルスは、定常
磁場の軸方向からこれに直交する観察面へ磁化を偏向さ
せる。局部的な磁場の不均一に起因して磁化の焦点が急
激にはずれるので、適切なパルスを用いて磁化を再合焦
し、いわゆるスピンエコーとしてこれを検出するのがよ
い。
スを放射することで行う。第１の９０°パルスは、定常
磁場の軸方向からこれに直交する観察面へ磁化を偏向さ
せる。局部的な磁場の不均一に起因して磁化の焦点が急
激にはずれるので、適切なパルスを用いて磁化を再合焦
し、いわゆるスピンエコーとしてこれを検出するのがよ
い。
【０１０１】好適実施例によれば、いわゆる位相が１８
０°交替するパルスを再合焦パルスとして用いるが、位
相を９０°シフトしたパルスまたは単純な１８０°パル
スを用いてもよい。全体として検出・増幅・デジタル化
したＮＭＲ信号はコンピュータ１４のメモリーに記憶
し、平均化技術により信号対雑音比を減少させるため完
全にエコーを積算する。
０°交替するパルスを再合焦パルスとして用いるが、位
相を９０°シフトしたパルスまたは単純な１８０°パル
スを用いてもよい。全体として検出・増幅・デジタル化
したＮＭＲ信号はコンピュータ１４のメモリーに記憶
し、平均化技術により信号対雑音比を減少させるため完
全にエコーを積算する。
【０１０２】コンピュータ１４で13Ｃ信号がある程度の
閾値以上で発生することを検出した場合、サンプルセパ
レータ部材１５を作動させ、ダイヤモンド回収容器１６
にある程度のサンプル量を取り出して内部のダイヤモン
ドをさらに検索する。
閾値以上で発生することを検出した場合、サンプルセパ
レータ部材１５を作動させ、ダイヤモンド回収容器１６
にある程度のサンプル量を取り出して内部のダイヤモン
ドをさらに検索する。
【０１０３】装置を連続フローたとえば分析部１３へサ
ンプル材料の流れが自由落下するように運転する場合、
サンプルセパレータ部材１５はたとえば強力な流体の流
れ、特に気流で動作させることができる。分析部１３か
ら出てくるサンプル材料の流れは、後述するように、所
定の時間間隔にわたり所定量がダイヤモンド回収容器１
６に向くように偏向する。
ンプル材料の流れが自由落下するように運転する場合、
サンプルセパレータ部材１５はたとえば強力な流体の流
れ、特に気流で動作させることができる。分析部１３か
ら出てくるサンプル材料の流れは、後述するように、所
定の時間間隔にわたり所定量がダイヤモンド回収容器１
６に向くように偏向する。
【０１０４】これに代るものとして、サンプル材料を独
立した所定量づつ処理することで非連続的に運転するこ
とができる。
立した所定量づつ処理することで非連続的に運転するこ
とができる。
【０１０５】これの例は、分析部１３’の別の実施例が
図４に図示してある。
図４に図示してある。
【０１０６】分析部１３’はマグネットコイル４０、特
に超電導ソレノイドコイルを含む。コイル４０は軸方向
の内腔４２を有する。矢印４３で示したように、独立し
たサンプル容器１４は軸方向に内腔４２を通って搬送で
きる。
に超電導ソレノイドコイルを含む。コイル４０は軸方向
の内腔４２を有する。矢印４３で示したように、独立し
たサンプル容器１４は軸方向に内腔４２を通って搬送で
きる。
【０１０７】サンプル容器４４は現在の内容において注
目している測定値を邪魔するような偽の信号を発生しな
いように選択した非磁性体から成る壁４５を有する。た
とえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製のサンプル容器４
４を用いることができる。サンプル容器４４は４Ｔ程度
の磁場強度で、今日製造されているような超電導マグネ
ット系の内部で使用する場合、１０ないし２０リットル
の容積を有する。
目している測定値を邪魔するような偽の信号を発生しな
いように選択した非磁性体から成る壁４５を有する。た
とえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製のサンプル容器４
４を用いることができる。サンプル容器４４は４Ｔ程度
の磁場強度で、今日製造されているような超電導マグネ
ット系の内部で使用する場合、１０ないし２０リットル
の容積を有する。
【０１０８】サンプル容器４４は岩石片２１を含む。図
４ではダイヤモンド４６が周辺岩石４７すなわちキンバ
ーライトの内部に含まれる岩石片２１の一つが図示して
ある。
４ではダイヤモンド４６が周辺岩石４７すなわちキンバ
ーライトの内部に含まれる岩石片２１の一つが図示して
ある。
【０１０９】さらに、送受信コイルをマグネットコイル
４０の内腔４２の中に配置してあり、送受信コイル５０
は線５１によってスペクトロメータのコンソール５２に
接続する。
４０の内腔４２の中に配置してあり、送受信コイル５０
は線５１によってスペクトロメータのコンソール５２に
接続する。
【０１１０】最後に、傾斜コイル系５２を図４にも史記
的に図示したようにも受ける。傾斜コイル５３によりた
とえば磁場強度が内腔４２を通るサンプル容器４４の搬
送方向を表わす矢印で示した方向４３に沿って直線的に
それぞれ増加または減少するように磁場の傾斜を重ね合
せることができる。このような場合、１次元ＮＭＲ測定
が可能出る。即ち、ＮＭＲに活性のある物質が位置する
マグネットコイル４０の軸方向に沿って判定を行うこと
ができる。
的に図示したようにも受ける。傾斜コイル５３によりた
とえば磁場強度が内腔４２を通るサンプル容器４４の搬
送方向を表わす矢印で示した方向４３に沿って直線的に
それぞれ増加または減少するように磁場の傾斜を重ね合
せることができる。このような場合、１次元ＮＭＲ測定
が可能出る。即ち、ＮＭＲに活性のある物質が位置する
マグネットコイル４０の軸方向に沿って判定を行うこと
ができる。
【０１１１】そのため、スペクトロメータのコンソール
５２はサンプル容器４４とその内容を合せた画像を生成
するためのディスプレイ５５を含む。一つまたはそれ以
上の傾斜を磁場に重ね合せることにより、ダイヤモンド
４６の位置を表わす座標５７を特定することができる。
５２はサンプル容器４４とその内容を合せた画像を生成
するためのディスプレイ５５を含む。一つまたはそれ以
上の傾斜を磁場に重ね合せることにより、ダイヤモンド
４６の位置を表わす座標５７を特定することができる。
【０１１２】マグネットコイル４０の遷移後にダイヤモ
ンド４６が検出された一つのプローブ容器を取り出せ
ば、ダイヤモンド４６がそのサンプル容器４４に含まれ
ているという判定が出来るだけではなく、さらに軸方向
のどこの位置に、またはサンプル容器４４内部で多次元
的などこの位置にダイヤモンド４６が存在しているかの
判定を行うことも出来る。
ンド４６が検出された一つのプローブ容器を取り出せ
ば、ダイヤモンド４６がそのサンプル容器４４に含まれ
ているという判定が出来るだけではなく、さらに軸方向
のどこの位置に、またはサンプル容器４４内部で多次元
的などこの位置にダイヤモンド４６が存在しているかの
判定を行うことも出来る。
【０１１３】詳細に前述したように、キンバーライト岩
石内のダイヤモンドを検出するための応用の分野は単な
る例であると理解されるべきである。本発明は一般に非
常にスピン格子緩和時間Ｔ1 が長いサンプルの迅速な測
定に有利にも使用することができ、前記方法を何らかの
物質の検出に用いる場合、ダイヤモンドに制限されるも
のではない。たとえば、何らかの他の種類の結晶に、望
ましくは他の種類の宝石、たとえばルビーやサファイア
など他の種類の核たとえば27Ａｌを用いることのできる
ようなものにも使用可能である。
石内のダイヤモンドを検出するための応用の分野は単な
る例であると理解されるべきである。本発明は一般に非
常にスピン格子緩和時間Ｔ1 が長いサンプルの迅速な測
定に有利にも使用することができ、前記方法を何らかの
物質の検出に用いる場合、ダイヤモンドに制限されるも
のではない。たとえば、何らかの他の種類の結晶に、望
ましくは他の種類の宝石、たとえばルビーやサファイア
など他の種類の核たとえば27Ａｌを用いることのできる
ようなものにも使用可能である。
【図１】本発明による処理のひとつの実施例を説明する
ための非常に模式的な流れ図である。
ための非常に模式的な流れ図である。
【図２】本発明による処理およびその装置を説明するた
めのさらに詳細な模式図である。
めのさらに詳細な模式図である。
【図３】図２の一部のさらに詳しい略図である。
【図４】サンプル材料の断続処理を説明するための本発
明による装置およびその方法のさらなる実施例である。
明による装置およびその方法のさらなる実施例である。
フロントページの続き (72)発明者 デトレフ アール ミュラー ドイツ連邦共和国、デー76316 マルシェ、 レーメルストラッセ 19 (72)発明者 グラント リスル ハイ 南アフリカ、ヨハネスブルグ、パークヴュ ー、ガルウェイ ロード 45 (72)発明者 ジョージ ウイリアム オーバー 南アフリカ、ボクスブルグ、パークラン ド、カリーストリート 28 (72)発明者 ピーター ヘーファー ドイツ連邦共和国、デー76133 カールス ルーエ、アルマリエンストラッセ 63／67
Claims (26)
- 【請求項１】 第１の物質を包含する第２の物質の内部
の前記第１の物質を核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いて検出
する方法であって、前記第１の物質は少なくとも１０
秒、望ましくは１分さらに特定すれば１０分以上の非常
に長いスピン格子緩和時間（Ｔ1 ）を有するような方法
において、、前記第１の物質を迅速に検出するため、前
記第１の物質にのみ豊富な種類の核の磁化の発生を短縮
化することと、その種類の核の核磁気共鳴をその後で測
定することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記磁化の発生は第１の磁場（Ｂ01）内
部で短縮化されることと、前記核磁気共鳴は第２の磁場
（Ｂ02）内部で測定されることを特徴とする請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いてサンプル
を測定する方法であって、前記サンプルは少なくとも１
０秒、望ましくは１分さらに特定すれば１０分以上の非
常に長いスピン格子緩和時間（Ｔ1 ）を有し、前記緩和
時間（Ｔ1 ）は測定信号の増加により減少するような方
法において、所定の種類の核の磁化の発生が短縮される
ように前記サンプルが第１の磁場（Ｂ01）内部で分極励
起されることと、その種の核の核磁気共鳴が第２の磁場
（Ｂ02）で測定され、前記磁場（Ｂ01、Ｂ02）は異なる
磁場強度を有することを特徴とする方法。 - 【請求項４】 第１の物質を包含する第２の物質の内部
の前記第１の物質を核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いて検出
する方法であって、サンプルは２つの磁場（Ｂ01、
Ｂ02）に順次曝露される両方の物質を含み、前記核磁気
共鳴は前記磁場の一方（Ｂ02）にサンプルを少なくとも
曝露している間に測定するような方法において、前記第
１の物質だけが少なくとも１０秒、望ましくは１分さら
に特定すれば１０分以上の非常に長いスピン格子緩和時
間（Ｔ1 ）を有するようなサンプルについて、前記第１
の物質にのみ豊富な種類の核の磁化の発生が前記第１の
磁場（Ｂ01）内部で短縮化されることと、その種の核の
核磁気共鳴が前記第２の磁場（Ｂ02）内部で測定され、
前記磁場（Ｂ01、Ｂ02）は異なる磁場強度を有すること
を特徴とする方法。 - 【請求項５】 前記第１の物質は結晶望ましくは宝石さ
らに特定すればダイヤモンドを含むことを特徴とする請
求項２〜４のいずれかに記載の方法。 - 【請求項６】 前記第２の物質は岩石望ましくはキンバ
ーライトまたはランプロイトであることを特徴とする請
求項１、２、４、または５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 前記第２の磁場（Ｂ02）は前記第１の磁
場（Ｂ01）より少なくとも５倍強力であることを特徴と
する請求項２〜６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 前記磁場（Ｂ01、Ｂ02）は異なる場所で
生成されることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項９】 所定の種類の前記核の磁化の発生が電子
スピン共鳴（ＥＳＲ）により短縮されることを特徴とす
る請求項１〜８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】 前記電子スピン共鳴は連続波信号とし
て、またはパルス信号として、または断熱径路として励
起されることを特徴とする請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 所定の種類の前記核の磁化の発生が超
音波照射またはイオン放射により短縮されることを特徴
とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１２】 所定量のサンプル内部の前記第１の物
質の特定の場合に、前記サンプル量を取り出すことと、
前記取り出したサンプル量をさらに少ない量に分割する
ことと、前記請求項１〜１２のいずれかの方法を前記さ
らに少ない量に対して少なくとも１回以上実施すること
を特徴とする請求項４〜１１のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１３】 前記核磁気共鳴はイメージング核磁気
共鳴として測定されることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１４】 第１の物質を包含する第２の物質内部
の前記第１の物質を核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いて検出
するための装置であって、前記第１の物質が少なくとも
１０秒、望ましくは１分より特定すれば１０分以上の非
常に長いスピン格子緩和時間（Ｔ1 ）を有しており、前
記第１の物質を迅速に検出するため、前記第１の物質に
のみ豊富な第１の種類の核の磁化の発生が短縮化される
ような前処理部（１２）を設けることと、その種の核の
核磁気共鳴を測定する分析部（１３）を設けることを特
徴とする装置。 - 【請求項１５】 前記前処理部（１２）は第１の磁場
（Ｂ01）を含むことと、前記分析部（１３）は第２の磁
場（Ｂ02）を含み、前記磁場（Ｂ01、Ｂ02）は異なる磁
場強度を有することを特徴とする請求項１４に記載の装
置。 - 【請求項１６】 核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いて、少な
くとも１０秒、望ましくは１分、より特定すれば１０分
以上の非常に長いスピン格子緩和時間（Ｔ1）を有する
サンプルを測定するための装置であって、前記緩和時間
（Ｔ1 ）は測定信号の増加に従って減少し、所定の種類
の核の磁化の発生が短縮されるように前記サンプルが励
起される第１の磁場（Ｂ01）を含む前処理部（１２）を
設けることと、その種の核の核磁気共鳴を測定する第２
の磁場（Ｂ02）を含む分析部（１３）を設け、前記磁場
（Ｂ01、Ｂ02）は異なる磁場強度を有することを特徴と
する装置。 - 【請求項１７】 核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いて、第１
の物質を包含する第２の物質の内部の前記第１の物質を
迅速に検出するための装置であって、前記装置は２つの
磁場（Ｂ01、Ｂ02）を発生するための手段を含み、サン
プルは前記２つの磁場（Ｂ01、Ｂ02）に順次曝露される
前記２つの物質を含み、前記核磁気共鳴は前記サンプル
が前記磁場の少なくとも一方（Ｂ02）に曝露された時に
測定されるような装置において、前記第１の物質にのみ
豊富な種類の核の磁化の発生が前記第１の磁場（Ｂ01）
内部で短縮されるような前処理部（１２）を設けること
と、前記第２の磁場（Ｂ02）内部でその種の核の核磁気
共鳴を測定するための分析部（１３）を設け、前記磁場
（Ｂ01、Ｂ02）は異なる磁場強度を有しており、前記第
１の物質だけが少なくとも１０秒、望ましくは１分、さ
らに特定すれば１０分以上の非常に長いスピン格子緩和
時間（Ｔ1 ）を有することを特徴とする装置。 - 【請求項１８】 前記第２の磁場（Ｂ02）は前記第１の
磁場（Ｂ01）より少なくとも５倍強力であることを特徴
とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１９】 前記前処理部（１２）と前記分析部
（１３）は異なる場所に配置されることを特徴とする請
求項１４〜１７のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２０】 前記前処理部（１２）は電子スピン共
鳴（ＥＳＲ）を励起するための装置（２５、２６）を含
むことを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項２１】 連続波装置としてまたはパルス装置と
して構成されることを特徴とする請求項２０に記載の装
置。 - 【請求項２２】 前記前処理部（１２）は超音波発振を
励起するための装置（２９〜３３）またはイオン照射を
放出するための装置（２７、２８）を含むことを特徴と
する請求項１４〜２１のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２３】 前記前処理部（１２）と前記分析部
（１３）を通ってサンプル材料を搬送するためのコンベ
ア手段を設け、望ましくは、前記コンベア手段は前記前
処理部（１２）と前記分析部（１３）を少なくとも１回
以上通りサンプル材料を搬送するための再循環手段を含
むことを特徴とする請求項１４〜２２のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項２４】 前記分析部はイメージング核磁気共鳴
測定のためのディスプレイ（５２）を含むことを特徴と
する請求項１４〜２３のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２５】 母岩内の結晶を迅速に特定するため、
より特定すればキンバーライト母岩中のダイヤモンドを
特定するための使用を特徴とする請求項１４〜２４のい
ずれかに記載の装置。 - 【請求項２６】 宝石鉱脈内で砕石装置の出力に配置さ
れることを特徴とする請求項１４〜２５のいずれかに記
載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA95253 | 1995-01-13 | ||
| ZA95/0253 | 1995-01-13 | ||
| ZA95468 | 1995-01-20 | ||
| ZA95/0468 | 1995-01-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08320299A true JPH08320299A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3782147B2 JP3782147B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=27142501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03110896A Expired - Fee Related JP3782147B2 (ja) | 1995-01-13 | 1996-01-12 | 核磁気共鳴により周囲物質内の宝石を測定するための方法及び装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5789257A (ja) |
| EP (1) | EP0726458B1 (ja) |
| JP (1) | JP3782147B2 (ja) |
| AU (1) | AU699894B2 (ja) |
| BR (1) | BR9600087A (ja) |
| CA (1) | CA2167119C (ja) |
| DE (2) | DE19600241C2 (ja) |
| RU (1) | RU2154266C2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| GB9801622D0 (en) * | 1998-01-23 | 1998-03-25 | Inst Of Food Research | Improvements in and relating to magnetic resonance imaging |
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