公司介绍
Into the duty
上京伟业科技发展(北京)有限公司是国内规模大、服务专业的医疗设备维修、维护公司,公司以为设备提供全方位技术服务、有效降低设备运营成本为目标,全心全意为客户服务,让客户满意。上京伟业成立于2015年,公司隶属于香港中翰盛世医疗投资集团。近年来...
服务项目
Service Items
维修案例分享
您当前的位置:网站首页 > 维修案例分享

核磁共振波谱仪的维护及常见故障探讨

时间:2022-10-03 15:45:00    点击率:



核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)是处于磁场中、具有自旋性质的原子核受到射频辐射的激发,于分裂的能级间产生跃迁,伴随而产生的一种共振吸收现象.核磁共振波谱本质上隶属于吸收光谱的范畴,即原子核对射频辐射的吸收。该现象于1946年由哈佛大学的珀塞尔(E M Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F Bloch)用试验进行了证实,并由此获得了1952年的诺贝尔物理学奖。

    核磁共振波谱与红外光谱、紫外光谱和质谱并称为“四大谱”特别是在有机化合物的结构鉴定与表征、动态反应的监控、化合物立体构象的研究、反应历程及机理的探讨等方面发挥了重大作用。此外,核磁共振波谱不仅可作为定性依据,亦可进行定量分析,且具有检测速度快、检测过程中样品不被破坏的优点,被测样品的用量仅需几至100 mg。本文结合使用情况,总结NMR波谱仪的日常维护以及在实际使用过程中遇到的故障及解决方法,与业内人士交流。


01

 核磁共振波谱仪的维护


NMR波谱仪主要由工作站(即Topspin软件)、超导磁体单元和机柜三大部分组成。

1.1   工作站的维护

    由于处于网络中的计算机容易受到病毒等因素的影响,从而造成软件崩溃和数据丢失等问题,因而不建议将软件安装在联网的计算机上.此外,应定期对计算机进行杀毒软件升级、数据备份,避免数据丢失.如需进行数据拷贝,建议使用专用的移动硬盘,并在连接之前预先格式化,避免可能的病毒传播。


1.2   超导磁体单元的维护

1.2.1   磁体的维护

    对NMR谱仪来说,超导磁体单元的维护是极为重要的。由于超导是由线圈浸泡在低冷液氦(-269 ℃)中形成,因此维持超导的极低温环境是最为重要的,需要定期观察磁体中液氦和液氮剩余量,并及时进行添加。对Ascend 400 MHz磁体来说,磁体的设计已经极大程度地减少了制冷剂的挥发损失(液氦消耗量减少13%),约5个月添加一次液氦即可。相较之下,液氮消耗量较高,约10天添加一次。仪器后台程序会在每天固定时间对液氦、液氮剩余量进行测量并记录。因此,管理员需及时关注,并根据消耗量的异常判断管路是否有堵塞,以便及时排查和处理。

    由于磁体有很强的磁场(400 MHz,9.4 T),对铁磁性的物质有强吸引力,该吸引力会在短距离内增大至无法控制的程度,而被突然吸到磁体中心,因此铁磁性物品(如手机、机械手表、钥匙等)、磁卡(如银行卡、校园卡等),以及使用心脏起搏器或金属关节的人士禁止靠近磁体。

    此外,由于样品的测试是在室温腔管中进行的,周围环境温度的改变对磁体中心频率的稳定性,磁体的稳定性均会产生影响,因此需保持环境温度的稳定。

1.2.2   探头的维护

    探头是核磁中较为关键,但同时也较为易损的部件。对探头的使用及维护应注意:(1)选用洁净无破损、划痕的核磁管,以免核磁管在磁体内发生断裂,污染损坏探头。 (2)核磁管型号较多,选用时需注意与探头匹配。不同场强磁体的探头无法替换使用,探头的频率范围和功能不同。我校使用5 mm 400 MHz PABBO宽带探头,其探头内部隔离样品和线圈的石英管内径只有5.4 mm,若样品管过粗或变形,容易卡在探头里而无法取出,甚至挤碎石英管(3)核磁管一定要插入转子中,并使用定深量筒控制好下端高度,避免核磁管过长进入探头时撞碎。此外,转子底部的O型圈长时间使用会发生老化,需及时更换。(4)长期使用的核磁管应定期更换,若使用时间过长,或在高温下干燥,管体容易磨损或变形,匀场效果变差,同时进入探头中可能会卡住甚至断裂。 (5)手动进样放入样品前,需先确认空压机有无正常开启,气流是否正常,若需做变/高温试验时需将压缩空气改为高纯氮气,以免造成线圈氧化。

1.3   机柜的维护

    由于机柜中包含了NMR波谱仪相关的大部分电子硬件,特别是集成电路,这些均应在合适的温度和湿度范围内工作,因此需保证其处于良好的工作环境中。良好的工作环境要求无尘、恒温、防潮等。灰尘过多会造成电路板等接触不良或短路。温度过高不利于电子元器件的散热,可能烧坏电路板,过低可能会导致电子元件工作不正常。湿度过高容易造成器件生锈,或电路板上灰尘结块而短路,过低则容易产生静电。我校NMR波谱仪温度一般控制在23 ℃,湿度控制在30%~70%,保证了仪器在较好的状态下持续运行。此外,每三个月应拆下机柜侧面板上的防尘板,清理晾干后再装回。定期检查机柜中的风扇是否正常工作,如发现有异常,应及时维修或更换,以免散热不良引起故障。

    为防止突然断电对仪器可能产生的影响,需配备UPS不间断电源,在断电几小时内保证仪器正常运行,为正常关机提供充足的时间。此外,学校同时配备了两台空调、两台抽湿机、两台空气压缩机,既保证了仪器在良好的环境下运行,又降低了辅助设备长时间运行带来的安全风险,延长附件的使用寿命。

1.4   90 °脉冲定期校准

    在日常维护中,还需定期校准F1(观察通道)的90 °脉冲,来确认激发核磁共振现象的脉冲处于正常范围。以氢谱为例,使用氘代氯仿CDCl3为溶剂,0.1%乙基苯为标样,新建一个氢谱,经锁场lock、自动调谐atma、匀场topshim后,在命令行输入pulsecal指令,会自动优化90 °脉冲P1值并自动写入该数值。命令行输入edprosol指令,打开prosol表,找到氢核所属行,将observe和decouple通道的脉冲宽度pulse width均改为上述值并保存。一般来说,优化前后的90 °脉冲值不会差别很大,需通过偏差看此值是否合理,脉冲是否正常。

1.5   3D匀场与1D线型样品校准

    定期使用标准样品对磁体做3D匀场与1D线型样品校准。3D匀场以90%水+10%重水为标样,首先新建或打开一个氢谱试验,执行完lock、atma指令后,命令行键入topshim gui指令,勾选3D选项进行匀场,约20~30 min匀场结束后查看相应的report。正常情况下,initial B0值应比与final B0值略大。再以线型样品1%氘代氯仿为标样,氘代丙酮做溶剂,选择PROHUMP标准实验,经lock、atma后,键入命令topshim gui,选择1D lineshape hump,进行1D匀场校准.匀场结束后输入zg指令进行采样,经efp、apk、absn命令处理后,键入命令humpcal,可得到探头的频率参数值,将该参数值与探头出厂参数值进行对比,在上浮30%的范围内均可。若超出该范围,需按上述步骤重做3D匀场、1D匀场,若仍不达标,可联系Bruker工程师处理.


02

 核磁共振波谱仪的常见故障及排查方法

2.1   锁场失败


    常见锁场失败的原因:(1)未使用氘代试剂或未放置样品。由于常规锁场是通过观察氘的放射信号频率来调整磁场强度,因此在测试时必须要使用氘代试剂。(2)样品管卡住,未能正常进入磁体内部。有些学生在测试前为了标记样品,会在核磁管外壁粘贴标签,但有时标签过长,超过室温腔管直径,导致核磁管卡在磁体上部,无法下沉至探头中。(3)检查核磁管外壁是否洁净。若核磁管外部脏污,可能会污染探头,或导致锁场失败。 (4)确认样品是否处于液体状态,由于大部分NMR波谱仪仅支持液体样品的测试,若使用固体样品直接测试,或样品在磁场中凝固,会导致锁场失败。如氘代二甲基亚砜(DMSO)的凝固点为18.4 ℃,若在该温度下测试,样品会凝固,此时可考虑适当升高探头温度再进行测试。(5)氘代溶剂选择错误,该情况会使氘信号的频率产生偏差而导致锁场失败。


2.2   匀场失败


匀场的目的是为了保证磁场的均一性,造成匀场失败的原因主要从以下几方面考虑:(1)样品是否处于液体状态,若测试样品因温度过低而凝固,应适当升高探头温度。(2)溶液体积是否足够或置于正确位置。对于5 mm探头,定深量筒白色塑料基座的位置应在中线(0 mm线)以下约18~20 mm。若样品量足够,可将核磁管底部推至基座位置,若样品量较少,则应使核磁管沿中线上下液体量均等。 (3)样品浓度是否过高或过低,两者均可导致匀场失败,可适当稀释或补加样品。(4)磁体本身原因导致匀场值偏差较大,如使用氘代氯仿CDCl3作为溶剂进行topshim匀场时出现报错“too many points lost during fit”,或报错“limits exceed”时,可输入rsh指令读取最近的一次匀场文件后重新匀场尝试。(5)溶剂选择是否正确,检查匀场使用的氘代试剂是否和样品实际使用的试剂一致,或是否使用的混合溶剂。若样品使用了混合溶剂,可用相应的混合溶剂进行锁场,或使用溶剂含量较多的一种作为溶剂进行锁场。


2.3   探头温度异常


    若仪器开启了探头温度控制功能,可能会出现探头温度异常现象,软件界面probe temperature显示为no probe,该情况通常是由软件或硬件通讯异常导致。首先,可先通过重启软件或电脑进行尝试,排查是否软件通讯异常。若仍无法解决,检查是否硬件接触不良。可将磁体底部探头上的Thermo线和Heater线拔下,确认接口处是否有灰尘、杂物阻碍, 是否连接处变形或弹性不够等,排查可能导致接触不良的原因。均无误后将两根线重新插回,再确认故障是否已解决。


2.4   核磁管无法弹出


    若样品测试完毕后无法正常弹出,可先检查空压机和机柜上气压是否正常。若气压正常,可适当调大气压值尝试.若仍无法弹出,检查是否样品管卡在探头中,或转子卡在匀场线圈中,可拧松探头下部的固定螺丝,取下探头检查,排除故障后重新安装。


2.5   匀场不好


    若出现溶剂峰或样品峰的峰形展宽,变形,峰裂分差或裂分不符合规则等,则应考虑是否由于匀场不佳导致,可尝试以下操作:(1)重新进行二次匀场。 (2)使用“rsh”指令读取最近的匀场文件尝试。(3)长期使用的核磁管可能会发生变形,使匀场效果变差,可尝试更换核磁管。 (4)使用“topshim gui”指令进行3D匀场。 (5)样品中若含有金属或磁性杂质,亦可能会磁场的均匀性有影响,可考虑将样品进行过滤或纯化。


2.6   序列运行卡住


    安装了自动进样器的波谱仪,序列在运行过程中,有时会出现卡住,无法弹出和运行后续样品,进样器指示灯一直处于亮黄灯的状况,此时需排查是软件还是硬件卡住。若软件卡住,关掉软件重新打开软件即可解决。若硬件卡住,可先尝试按下进样器上的emergency红色紧急按钮,等待十几秒后拉起该按钮,观察指示灯是否正常。若仍不正常,可重启电脑、自动进样器和机柜尝试。若样品仍无法弹出,可将进样模式由自动切换成手动进样,尝试将样品弹出:主界面命令栏中,手动输入ha命令,在弹出的界面中选择lock/shim(open)-sample handling-sample transporter control-lift mode,在下拉菜单中进行手/自动进样模式的切换。切换完成后,用手预先将在磁体上端入口处的进样小车支架推走,再点击图标弹出BSMS键盘,单击lift按钮,可手动将样品弹出.通过切换成手动进样,可确定机柜、电路板等控制硬件是否正常。手动按下进样器上绿色上下箭头按钮,使holder样品卡槽支架归回原位。后续可再按之前操作,将手动进样重新切换成自动进样模式,即可恢复正常。

在线客服
客服经理
客服专员