核磁共振波譜儀的管理與維護(hù)

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)實驗與測試中心, 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)實驗與測試中心, 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，同時我校核磁共振儀還配有自動進(jìn)樣器、UPS等輔助設(shè)備。工作中需要定期對磁體和探頭等重要部件進(jìn)行維護(hù)，對常見問題的處理和解決辦法主要從進(jìn)樣取樣、鎖場和勻場、樣品旋轉(zhuǎn)等方面討論。為了使儀器處于良好的運行狀態(tài)，更好地完成樣品的測試，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)常見問題

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作用下，吸收射頻輻射而產(chǎn)生能級躍遷的譜學(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?？蒲屑敖虒W(xué)工作中的位置可謂舉足輕重，核磁共振儀的開放尤為重要[3]。為培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的“雙創(chuàng)型”人才，我校共購買了Bruker 300 MHz、500 MHz和800 MHz 3臺核磁共振譜儀。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兩臺核磁共振儀已全部面向本科生開放，并在《藥物的波譜解析實驗》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。通過近幾年的探索，本文主要討論在實際工作中遇到的常見的問題及其解決辦法。

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，是整個儀器中最基本的部分。超導(dǎo)線圈沒有電阻，當(dāng)對線圈充電后，電流在線圈中作恒定流動，產(chǎn)生恒定磁場。電流越大，磁場越強(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，核磁共振過程及信號檢測是發(fā)生在線圈部分。

譜儀通過由射頻發(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個射頻通道，即觀測通道、鎖通道和另一個通道(如去耦通道)。射頻發(fā)生器產(chǎn)生基頻，經(jīng)過倍頻、調(diào)諧及功率放大后進(jìn)入NMR探頭線圈中，共振核產(chǎn)生的射頻信號也是通過探頭上的接收線圈加以檢測，產(chǎn)生的信號被記錄下來。

工作站是實驗工作者控制NMR波譜儀的媒介，實驗者可以通過工作站進(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行環(huán)境，我校還配備了自動進(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個帶轉(zhuǎn)子的樣品位，其主要由一個可旋轉(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試項目自動完成實驗。

工作中經(jīng)常會突然停電，學(xué)校為了保障譜儀的安全運行，每臺核磁共振儀均配備了UPS，使儀器在斷電后可以持續(xù)供電幾個小時，這樣就留給用戶正常關(guān)機(jī)時間，最大限度保證儀器的工作狀態(tài)，以防突然斷電對儀器造成損壞。實驗中樣品的升降主要依靠空氣壓縮機(jī)完成，通過空氣壓縮機(jī)可以調(diào)節(jié)空氣的流量，使NMR譜儀平穩(wěn)運行，壓縮機(jī)氣壓不穩(wěn)定會造成鎖場不穩(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，所以在平時即使機(jī)器沒有問題，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，及時處理，使儀器保持良好的運行狀態(tài)。儀器維護(hù)保養(yǎng)是一項經(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、價格低廉，需要定期加注液氮來減少液氦的揮發(fā)。液氮加注周期為一到兩周，液氦加注周期為3個月到6個月。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行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

對核磁實驗室一般明確規(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。每個管理者和使用者都要嚴(yán)格遵守，時刻牢記。陌生人進(jìn)入必須主動配合檢查，管理人員同意后方可進(jìn)入。

2.2探頭

不同磁場強(qiáng)度儀器的探頭無法互換使用，各種探頭的頻率范圍和功能不一樣，因此做實驗時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，以防測試信號失真甚至導(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)對全校師生全天候開放，有需求者經(jīng)培訓(xùn)合格后方可上機(jī)操作。為延長儀器工作時間，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問題探討

4.1進(jìn)樣操作

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

4.2取樣操作

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

4.3鎖場和勻場

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

4.4旋轉(zhuǎn)

樣品旋轉(zhuǎn)時譜圖分辨率更好，因為樣品旋轉(zhuǎn)起來可以使磁場的不均勻性被平均化并減小化學(xué)各向異性。如果測試中樣品無法旋轉(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)及測試等相關(guān)問題。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，遵守實驗室各項規(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行狀態(tài)，保證儀器壽命及測試結(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. 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,2006,27(4):314-317.

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

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

[4]高振賓, 張振芳. 核磁共振原理與實驗方法[M]. 武漢: 武漢大學(xué)出版社,2008：296.

[5]藺麗, 李世雄, 陳虹錦, 等. 大型儀器管理探討和實踐[J].實驗室研究與探, 2008, 27(2): 150-152.

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

[7]呂梅香, 楊定喬, 蔣臘生, 等. 液體核磁共振儀的開放使用和管理[J]. 實驗技術(shù)與管理,2009,26(5):76-78.

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