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 2 0 0mT/m ,驱动电流为 2 0A .三维空间线性度均优于5 % ;线性区域大于直径 42mm的球形空间 .两磁极间距离为 63mm ,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～ 96mT和 0 .2～ 1 6mT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(Ⅲ)——L波段谐振腔的研制

描述了一个用于生物样品L波段ESR成像用的谐振腔 ,讨论了在制作、设计过程中几个值得注意的问题 ,该腔为 3 环 2 裂缝再进入式谐振腔 ,可检测直径为 2 0mm长 30mm的H2 O样品 .空腔的共振频率为 1 .0 5GHz.腔的Q值是样品中水含量的函数 ,无载Q大于1 0 0 0 .用插入侧臂的耦合环得到谐振腔与微波桥之间的匹配 ,确定了耦合环直径的最佳值 ,对无载腔其值约为腔臂直径的 1 /3,而对有载腔其值约等于腔臂的直径 .

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 .0 5GHz)用于ESR和ESR成像的装置 ,用这套自制装置实现了 3DESR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 2 0mm、长 30mm的H2 O样品 ,空谐振腔的频率是 1 .0 5GHz.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 40mm球形范围内梯度场强度为 2mT/cm .依照Lauterbur’s方法进行 3DESR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、3DESR图像、用像素灰度表示的自旋密度分布图及 3DESR CT图像 .

L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1 0mm ,高 30mm ,测量浓度 1× 1 0 - 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× 1 0 - 4mol/L ,样品体积为1 9mm ,高 30mm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 <1mm .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(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 。

ESR显微成像法研究固态催化剂上顺磁粒子的分布图

工业上常用的许多催化剂是由过渡金属离子担在载体上组成的.在反应过程中,过渡金属离子的价态总是在变化的,ESR的信号也随之变化. 通常认为:能在反应过程中起催化作用的,仅限于催化剂表面的活性中心,而处于催化剂内部的活性中心是不起作用的.在工业上,催化剂的形状和尺寸的设计,主要是从化工动力学、机械强度等工程技术和工艺条件来考虑的.当前,原材料(包括辅助材料,如催化剂等)和能源的消耗指标,在化工产品的成本构成中所占的比重日趋增长,

电子自旋共振(ESR)技术在生物和医学中的应用

电子自旋共振(electron spin resonance,ESR)是检测自由基最直接最有效的方法,是自由基生物学和医学不可缺少的重要研究技术.作者综述了ESR、自旋标记、自旋捕集和ESR成像技术的最新发展及ESR技术在细胞膜、蛋白质结构和一些重大疾病如心脏病、老年痴呆症、帕金森综合症和中风等疾病研究及辐射损伤和植物疾病研究中的应用.