波段三维ESR成像系统的研制（Ⅴ）——灵敏度与分辨率实验及系统总性能指标

实验确定了自行研制的L波段三维电子自旋共振成像（3D-ESRI）系统的检测灵敏度及成像分辨率指标. 用Tempo水溶液模型测量灵敏度结果表明： 样品体积为10 mm, 高30 mm，测量浓度1×10^-4 mol/L水溶液的信噪比为S/N=4∶1；加梯度磁场后，样品浓度需>5×10^-4 mol/L，样品体积为19 mm, 高30 mm时，获得的投影谱的信噪比可满足图像重建的需要. 用DPPH固体样品确定的成像分辨率结果<1 mm. 文中还对ESRI系统的
各项总体性能做了归纳总结.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅰ)——L波段ESR成像的磁场及三维梯度磁场系统

研究并实现了L波段电子自旋共振三维成像（3D-EPRI）专用的三维梯度磁场系统，主磁场及扫描磁场系统以及相应的驱动控制系统. 梯度场线圈采用在铜板上用电切割方法加工的 平板式线圈，避免了用铜导线绕制线圈体积较大的缺点，从而缩小了主磁场的体积和极间距 . 梯度场强度在三维方向上均达到200 mT/m，驱动电流为20 A. 三维空 间线性度均优于5％；线性区域大于直径42 mm的球形空间. 两磁极间距离为63 mm，可以容纳通常体积的L波段谐振腔. 主磁场和扫描场线圈固定在同一轭铁架上. 它们可分别产生1.6～ 96 mT和0.2～16 mT的线性变化磁场. 5组磁场线圈（包括主磁场， 扫描磁场和三维梯度磁场）分别由5台独立的恒流驱动电源控制驱动. 电源通过数据接口由计算机控制. 初步成像实 验证明本工作所建立的磁场和梯度磁场系统可以用于EPRI实验.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅵ)--三维ESR成像系统软件

在L波段三维ESR成像系统的研制中,以Matlab 为平台,建立了包括谱数据自动化处理、ESR空间（1D、2D、3D）成像和ESR谱-空间成像为一体的系统应用软件,可方便清晰地显示谱和物体自旋密度分布的各种图像,为深入研究顺磁性物种自旋密度分布的特征及其化学反应过程中氧的扩散过程,提供了很好的可视化信息. 实验表明,该系统软件具有广泛的应用前景.     

EPR波谱拟合-傅里叶去卷积距离计算方法

在蛋白质结构与功能研究中经常需要测量和计算蛋白质分子功能基团间的距离.电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)结合定点自旋标记(Site Directed Spin Labeling,SDSL)技术已成为测量蛋白质特殊位点间距离的重要方法.目前在计算距离中广泛使用的傅里叶去卷积距离计算方法(Fourier Deconvolution Distance Measurement,FDDM)在某些特殊实验条件下会产生计算误差较大或需要人为设置一些关键参数,从而影响计算结果的客观性等问题.本文在其基础上提出波谱拟合-傅里叶去卷积距离计算方法(Spectrum Simulation-Fourier Deconvolution Distance Measurement,SS-FDDM),比较了SS-FDDM与FDDM方法计算距离的实用性、抗噪能力和磁场偏移修正能力等.结果表明,SS-FDDM方法能一定程度地克服原方法存在的不足,减少由谱偏移和高噪声带来的误差,使计算结果更加准确客观.利用SS-FDDM方法,对不同浓度的自由基冰冻溶液模型样品进行了实际距离计算,验证了该方法是实际可行的.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅰ)——L波段ESR成像的磁场及三维梯度磁场系统

研究并实现了L波段电子自旋共振三维成像(3D-EPRI)专用的三维梯度磁场系统, 主磁场及扫描磁场系统以及相应的驱动控制系统. 梯度场线圈采用在铜板上用电切割方法加工的平板式线圈, 避免了用铜导线绕制线圈体积较大的缺点, 从而缩小了主磁场的体积和极间距. 梯度场强度在三维方向上均达到200 mT/m, 驱动电流为20 A. 三维空间线性度均优于5%; 线性区域大于直径42 mm的球形空间. 两磁极间距离为63 mm, 可以容纳通常体积的L波段谐振腔. 主磁场和扫描场线圈固定在同一轭铁架上. 它们可分别产生1.6～96 mT和0.2～16 mT的线性变化磁场. 5组磁场线圈(包括主磁场, 扫描磁场和三维梯度磁场)分别由5台独立的恒流驱动电源控制驱动. 电源通过数据接口由计算机控制. 初步成像实验证明本工作所建立的磁场和梯度磁场系统可以用于EPRI实验.     

一种测定主流卷烟烟气中固相自由基总量的新方法

研究了一种准确测定主流卷烟烟气中固相自由基总量的新方法. 通常人们采用剑桥滤片来捕集主流卷烟烟气中的固相自由基, 但它并不适合用于准确测定主流卷烟烟气中的固相自由基的总量, 研究发现有超过20%的主流卷烟烟气中的固相自由基可以透过剑桥滤片. 找到了一种电子顺磁共振波谱(EPR)信号很小的、适合用来捕集主流卷烟烟气中的固相自由基总量的过滤片. 采用了以在相同条件下测得的1,1-二苯基-2-苦基肼基(1,1-Diphenyl-2-picryl-hydrazyl, 简称DPPH)的EPR信号强度与强煤的EPR信号强度相比得到的相对EPR信号强度与自由基的自旋数建立校准曲线的方法来计算烟气固相自由基的量, 降低了使用不同的电子自旋共振波谱仪造成的对同一种检测样品测定结果的差异. 通过不同实验室内和实验室间的验证实验, 证明了此方法有很好的重复性和重现性.     

主流卷烟烟气中气相自由基测定方法的改进

按照ISO 4387标准进行吸烟, 通过自行研制的捕集装置, 以2-苯叔丁基硝酮(PBN)的四氯化碳溶液捕集气相自由基. 将捕集到气相自由基的溶液先用液氮冷冻, 再定时解冻以抑制其衰减, 并有效地去除氧气对气相自由基定量分析的干扰, 获得理想的测定重复性. 用电子顺磁共振波谱仪(EPR)检测气相自由基, 以2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPO)作为标准样品, 以碳酸钙稀释的煤粉作为校正样品, 定量计算气相自由基. 测定方法有较好的重复性和较高的灵敏度, 可以满足日常卷烟烟气气相自由基的定量分析的需要.     

L波段三维ESR成像系统的研制（Ⅱ）——L波段三维ESR成像系统

叙述了一个L波段（1.05 GHz）用于ESR和ESR成像的装置，用这套自制装置实现了3D ESR成像. 该装置由L波段ESR谱仪、三组梯度场线圈及控制单元和PC机数据采集系统组成. 样品腔是一个3-环2-缝再进入式谐振腔，可放入直径为20 mm、 长30 mm的H₂O样品，空谐振腔的频率是1.05 GHz. 微波振荡频率用自动频率控制（AFC）的方法自动锁在有载腔的频率上. 梯度场线圈沿X-，Y-和Z-轴产生线性梯度场，在中心40 mm球形范围内梯度场强度为2 mT/cm. 依照Lauterbur's方法进行3D ESR 图像重建. 用该系统检测了样品中TEMPO氮氧自由基的3D空间分布. 得到了TEMPO的2D、3D ESR图像、用像素灰度表示的自旋密度分布图及3D ESR-CT图像.     

L波段三维ESR成像系统的研制(Ⅳ)--系统组成与各部分性能指标

报道了自行研制的L波段三维电子自旋共振成像（3D-ESRI）系统的整机结构及各部分性能指标. 该系统主要由L波段ESR谱仪、三维梯度磁场装置、数据处理及图像重建软件组成. 系统的微波频率为1.05 GHz;最大微波功率500 mW. 采用3-环2-缝再进入式谐振腔,无载Q值>1 000;最大测量体积为φ 20 mm, 高30 mm柱状水溶液样品. 接收系统采用100 kHz锁相放大电路,最大增益可达1×10⁶;时间常数0.02 ms～1 s;磁场调制幅度>0.5 mT. 最大梯度磁场2 mT/cm;三维梯度线性度均优于5 ％;稳定度可达10^-5;主磁场可在1.6～96 mT范围内任意点选择扫场起始点;在0.2～16 mT范围选择磁场扫描宽度. 数据系统为12位A/D实现数据采集,三路8位D/A控制梯度磁场. 采用滤波反投影法实现图像重建, 成像功能包括：二维、三维自旋浓度成像;等浓度线2D图像显示;3D立体和断层图像显示等. 对水溶液和固体模型样品进行ESR成像的结果表明：本系统可以开展较大体积生物样品的ESRI研究.