鄭美青　宋　策　王玉記

(1. 首都醫(yī)科大學(xué)化學(xué)生物學(xué)與藥學(xué)院, 北京 100069；2. 首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試中心, 北京 100069；3. 廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院, 南寧 530011)

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儀器使用與維修

核磁共振波譜儀的管理與維護(hù)

鄭美青1,2宋策3王玉記1

(1. 首都醫(yī)科大學(xué)化學(xué)生物學(xué)與藥學(xué)院, 北京 100069；2. 首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試中心, 北京 100069；3. 廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院, 南寧 530011)

介紹了核磁共振儀主要由超導(dǎo)磁體、譜儀和工作站組成，同時(shí)我校核磁共振儀還配有自動(dòng)進(jìn)樣器、UPS等輔助設(shè)備。工作中需要定期對(duì)磁體和探頭等重要部件進(jìn)行維護(hù)，對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題的處理和解決辦法主要從進(jìn)樣取樣、鎖場(chǎng)和勻場(chǎng)、樣品旋轉(zhuǎn)等方面討論。為了使儀器處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，更好地完成樣品的測(cè)試，儀器管理人員和使用人員均應(yīng)掌握核磁共振儀的管理和維護(hù)，保證學(xué)校的教學(xué)和科研。

核磁共振波譜儀管理維護(hù)常見(jiàn)問(wèn)題

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)是一種基于具有自旋性質(zhì)的原子核在核外磁場(chǎng)作用下，吸收射頻輻射而產(chǎn)生能級(jí)躍遷的譜學(xué)技術(shù)[1]。核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質(zhì)譜一起被稱為“四大光譜”，在有機(jī)分子結(jié)構(gòu)鑒定方面發(fā)揮著重要的作用[2]。NMR技術(shù)作為分子結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)測(cè)定的常規(guī)手段，已經(jīng)在化學(xué)、醫(yī)藥、生物、食品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。核磁共振波譜儀在高校科研及教學(xué)工作中的位置可謂舉足輕重，核磁共振儀的開(kāi)放尤為重要[3]。為培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的“雙創(chuàng)型”人才，我校共購(gòu)買(mǎi)了Bruker 300 MHz、500 MHz和800 MHz 3臺(tái)核磁共振譜儀。為了更好地為全校師生服務(wù)，保障本科生的教學(xué)，學(xué)校300 MHz和500 MHz兩臺(tái)核磁共振儀已全部面向本科生開(kāi)放，并在《藥物的波譜解析實(shí)驗(yàn)》課程中培訓(xùn)本科生儀器操作并解析未知藥物的核磁圖譜。通過(guò)近幾年的探索，本文主要討論在實(shí)際工作中遇到的常見(jiàn)的問(wèn)題及其解決辦法。

1　核磁共振波譜儀結(jié)構(gòu)、附件與性能

NMR波譜儀由超導(dǎo)磁體(包括探頭)、譜儀(包括射頻發(fā)生器、功率放大器等)、工作站三大部分組成[4]。

超導(dǎo)磁體是由超導(dǎo)線圈浸泡在溫度極低的液氦中形成，是整個(gè)儀器中最基本的部分。超導(dǎo)線圈沒(méi)有電阻，當(dāng)對(duì)線圈充電后，電流在線圈中作恒定流動(dòng)，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。探頭是核磁共振儀的關(guān)鍵部分，核磁樣品管從磁體上端放入后，有樣品溶液的部分進(jìn)入到探頭的線圈中，核磁共振過(guò)程及信號(hào)檢測(cè)是發(fā)生在線圈部分。

譜儀通過(guò)由射頻發(fā)生器、功率放大器等組成的射頻通道發(fā)射射頻脈沖。譜儀箱提供至少3個(gè)射頻通道，即觀測(cè)通道、鎖通道和另一個(gè)通道(如去耦通道)。射頻發(fā)生器產(chǎn)生基頻，經(jīng)過(guò)倍頻、調(diào)諧及功率放大后進(jìn)入NMR探頭線圈中，共振核產(chǎn)生的射頻信號(hào)也是通過(guò)探頭上的接收線圈加以檢測(cè)，產(chǎn)生的信號(hào)被記錄下來(lái)。

工作站是實(shí)驗(yàn)工作者控制NMR波譜儀的媒介，實(shí)驗(yàn)者可以通過(guò)工作站進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)采集、譜圖處理等。

為使核磁共振儀具有良好的運(yùn)行環(huán)境，我校還配備了自動(dòng)進(jìn)樣器、UPS、空壓機(jī)及空調(diào)，這些都是NMR波譜儀的重要輔助設(shè)備。

500 MHz核磁共振儀配備有SampleXpress Lite，提供有16個(gè)帶轉(zhuǎn)子的樣品位，其主要由一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓形樣品架組成，置于磁體中心管之上，樣品架可輕松取下以更方便地放置樣品，儀器根據(jù)錄入的樣品信息和測(cè)試項(xiàng)目自動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)。

工作中經(jīng)常會(huì)突然停電，學(xué)校為了保障譜儀的安全運(yùn)行，每臺(tái)核磁共振儀均配備了UPS，使儀器在斷電后可以持續(xù)供電幾個(gè)小時(shí)，這樣就留給用戶正常關(guān)機(jī)時(shí)間，最大限度保證儀器的工作狀態(tài)，以防突然斷電對(duì)儀器造成損壞。實(shí)驗(yàn)中樣品的升降主要依靠空氣壓縮機(jī)完成，通過(guò)空氣壓縮機(jī)可以調(diào)節(jié)空氣的流量，使NMR譜儀平穩(wěn)運(yùn)行，壓縮機(jī)氣壓不穩(wěn)定會(huì)造成鎖場(chǎng)不穩(wěn)定。NMR譜儀房間需控制在20℃左右，所以必須安裝空調(diào)以滿足正常工作所需的環(huán)境要求。

2　核磁共振波譜儀的維護(hù)

核磁共振儀由于采用的是超導(dǎo)磁體，所以在平時(shí)即使機(jī)器沒(méi)有問(wèn)題，也要密切注意，定期檢查磁體制冷系統(tǒng)，定期清洗主機(jī)過(guò)濾網(wǎng)。定期檢查、維護(hù)保養(yǎng)的目的是為了全面掌握核磁儀的技術(shù)性能狀況，摸清磨損和老化的情況，發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)處理，使儀器保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。儀器維護(hù)保養(yǎng)是一項(xiàng)經(jīng)常性的或定期的工作，也是一件技術(shù)性較強(qiáng)的工作[5]

2.1磁體維護(hù)

核磁共振波譜儀維護(hù)的首要目的是維持超導(dǎo)性，因此需要定期加注液氮和液氦。液氮產(chǎn)量高、價(jià)格低廉，需要定期加注液氮來(lái)減少液氦的揮發(fā)。液氮加注周期為一到兩周，液氦加注周期為3個(gè)月到6個(gè)月。維護(hù)者需要每天觀察和記錄液氮、液氦的液面，這是保證儀器正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

對(duì)核磁實(shí)驗(yàn)室一般明確規(guī)定：體內(nèi)有鐵磁性物件(如心臟起搏器等)、攜帶各種鐵磁性物品(如手機(jī)、手表、鑰匙等)、攜帶各種磁卡(如銀行卡、校園卡等)[6]、攜帶各種工具(如鐵錘、鉗子等)的人士禁止進(jìn)入。每個(gè)管理者和使用者都要嚴(yán)格遵守，時(shí)刻牢記。陌生人進(jìn)入必須主動(dòng)配合檢查，管理人員同意后方可進(jìn)入。

2.2探頭

不同磁場(chǎng)強(qiáng)度儀器的探頭無(wú)法互換使用，各種探頭的頻率范圍和功能不一樣，因此做實(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮選用哪種探頭。檢查核磁管質(zhì)量是保護(hù)好探頭免受損害的關(guān)鍵，核磁管應(yīng)在氣體承托下緩緩落到探頭，探頭不能污染，以防測(cè)試信號(hào)失真甚至導(dǎo)致探頭毀壞[7]。維護(hù)者應(yīng)該每年至少清洗一次探頭，更換轉(zhuǎn)子上的O型圈。

3　開(kāi)放共享

隨著學(xué)校規(guī)模的擴(kuò)大，特別是招生數(shù)量的增加，加強(qiáng)大型儀器設(shè)備的開(kāi)放共享，合理安排使用，可以大大提高使用效率。本中心300 MHz和500 MHz核磁共振儀現(xiàn)對(duì)全校師生全天候開(kāi)放，有需求者經(jīng)培訓(xùn)合格后方可上機(jī)操作。為延長(zhǎng)儀器工作時(shí)間，方便師生使用，核磁共振儀在節(jié)假日以及寒暑假都可按照學(xué)校的規(guī)定正常使用。

4　操作核磁共振波譜儀常見(jiàn)問(wèn)題探討

4.1進(jìn)樣操作

未開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)是初學(xué)者常見(jiàn)的錯(cuò)誤，測(cè)試者必須開(kāi)通氣流才能進(jìn)樣。如果轉(zhuǎn)子沒(méi)有氣流托住會(huì)直接落入探頭，不僅極易折斷核磁管而且樣品溶液會(huì)污染探頭。樣品的更換可由人工操作，也可由自動(dòng)進(jìn)樣器按照預(yù)設(shè)程序自動(dòng)完成。

4.2取樣操作

如果樣品無(wú)法吹出，首先要查看各個(gè)氣壓表讀數(shù)。如果壓力正常，很可能是樣品轉(zhuǎn)子卡在探頭中。這時(shí)應(yīng)利用探頭下方的固定螺絲擰開(kāi)，取下探頭，重新吹氣便可將樣品吹出。

4.3鎖場(chǎng)和勻場(chǎng)

如果樣品放入磁體中無(wú)法完成鎖場(chǎng)和勻場(chǎng)，可能有以下幾方面的原因：(1)核磁管液體部分沒(méi)有放置在量規(guī)的標(biāo)線處；(2)樣品太稀或太濃；(3)溶劑在低溫時(shí)凝固(如DMSO)；(4)譜儀和工作站連接失?。?5)沒(méi)有讀取最新的勻場(chǎng)圖等。初學(xué)者最易犯的錯(cuò)誤是忽略核磁管液體部分放置位置，導(dǎo)致場(chǎng)信號(hào)很差無(wú)法鎖場(chǎng)和勻場(chǎng)；選用DMSO在低溫時(shí)容易凝固，可以提高溫度使溶劑融化；當(dāng)譜儀與工作站連接失敗時(shí)只需要按照程序重新啟動(dòng)譜儀和工作站即可。

4.4旋轉(zhuǎn)

樣品旋轉(zhuǎn)時(shí)譜圖分辨率更好，因?yàn)闃悠沸D(zhuǎn)起來(lái)可以使磁場(chǎng)的不均勻性被平均化并減小化學(xué)各向異性。如果測(cè)試中樣品無(wú)法旋轉(zhuǎn)，可能是核磁管材質(zhì)不均勻、氣流量不足等，建議更換核磁管、樣品溶劑或者轉(zhuǎn)子。

5　總結(jié)

本文介紹了核磁共振波譜儀的結(jié)構(gòu)、維護(hù)及測(cè)試等相關(guān)問(wèn)題。核磁共振管理人員應(yīng)該清楚所有零部件及所配輔助設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)及管理，盡職盡責(zé)，使用人員也應(yīng)清楚這些功能，遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度，配合儀器管理人員維護(hù)好設(shè)備。儀器維護(hù)的目的是為了使其處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，保證儀器壽命及測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，更好地為首都醫(yī)科大學(xué)的教學(xué)科研服務(wù)，努力為學(xué)校培養(yǎng)更多的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的“雙創(chuàng)型”人才。

[1]張嫚麗, 史清文, 顧玉誠(chéng). 核磁共振技術(shù)及其在天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)鑒定中的應(yīng)用[J]. 河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2006,27(4):314-317.

[2]周家宏, 顏雪明, 馮玉英. 核磁共振實(shí)驗(yàn)圖譜解析方法[J]. 南京曉莊學(xué)院學(xué)報(bào),2005,21 (5):113-1151

[3]孫家悅, 趙曉峰. 大型儀器設(shè)備實(shí)行有償使用和有償占用管理的探討[C]. 北京市高教學(xué)會(huì)技術(shù)物資研究會(huì)第九次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集. 北京市高教學(xué)會(huì)技術(shù)物資研究,2007:215-217.

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[6]劉正琦. 核磁共振操作及維護(hù)保養(yǎng)[ J ]. 中國(guó)實(shí)用醫(yī)藥, 2007,( 2) : 155.

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Management and maintenance of nuclear magnetic resonance spectrometer.

Zheng Meiqing1,2, Song Ce3, Wang Yuji1

(1.SchoolofChemicalBiologyandPharmaceuticalSciences,CapitalMedicalUniversity,Beijing100069,China；2.MedicalExperimentandTestCenter,CapitalMedicalUniversity,Beijing100069,China；3.RuikangHospitalofGuangxiTraditionalChineseMedicineUniversity，Nanning530011,China)

The NMR spectrometer is mainly composed of superconducting magnet, spectrometer and workstation. In order to keep the equipment in a good condition, the operators and administrator should master the key point of management and maintenance.

NMR spectrometer; management; maintenance; common problems

鄭美青，女，1982年出生，碩士，主管技師。
宋策，博士，從事納米生物醫(yī)學(xué)研究工作，本文共同第一作者。

王玉記。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.020

2016-04-25