Spectrum儀器被應用于更小、更輕且更具成本效益的新一代EPR波譜儀

Spectrum儀器數字化儀及AWG成為設備核心

中國北京，2024年4月17日訊——電子順磁共振（EPR）波譜儀或電子自旋共振（ESR）波譜儀與核磁共振（NMR）光譜儀類(lèi)似，但不同之處在于它研究的對象是未配對的電子而不是原子核，比如質(zhì)子。它被用于研究化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域的金屬絡(luò )合物或有機自由基的電子結構。EPR波譜儀所需的巨大電磁鐵通常重達一噸以上，如此重的設備一般會(huì )被放置于地下室。位于美國波士頓附近的Bridge12公司推出了一款新一代EPR光譜儀，其成本約為現有儀器的一半，尺寸和重量也只達到了現有儀器的十分之一。因此，用戶(hù)可以將其放置于任意樓層。該設備的系統核心是由Spectrum儀器的兩款產(chǎn)品構成，一個(gè)是用于產(chǎn)生脈沖的任意波形發(fā)生器，另一個(gè)則是用于捕獲返回信號的數字化儀。

Bridge 12 推出更小、更輕且更具成本效益的EPR光譜儀，并將該技術(shù)開(kāi)放給更多的科學(xué)家

Bridge12 磁共振副總裁Thorsten Maly表示：“作為一家初創(chuàng )公司，我們用來(lái)設計EPR光譜儀的平臺使用了最新的技術(shù)。這使我們研發(fā)的下一代產(chǎn)品要比市面上既有的產(chǎn)品更小巧且更緊湊。我們的很多客戶(hù)都是大學(xué)的研究人員，他們通常會(huì )通過(guò)合作的方式來(lái)使用這項技術(shù)。然而，我們此次推出的全新產(chǎn)品不僅具有價(jià)格優(yōu)勢而且技術(shù)先進(jìn)，為更多該領(lǐng)域的研究人員開(kāi)啟了這項技術(shù)的大門(mén)。除此之外，我們還降低了該設備的使用門(mén)檻，任何科學(xué)家都可以將其用于研究，這也使EPR光譜儀得到了更廣泛的應用。我們的控制軟件直觀(guān)易用并配有很多自動(dòng)化功能，不僅設置簡(jiǎn)單，還能立刻檢查出任何出錯的地方。簡(jiǎn)而言之，您不必成為EPR光譜儀的專(zhuān)家也能輕松獲得實(shí)驗結果?！?/p>

EPR的工作原理

EPR光譜儀可被用于結構生物學(xué)。它能夠通過(guò)自由基之間的距離來(lái)確定（膜）蛋白質(zhì)的折疊形狀。這將為蛋白質(zhì)如何與其他分子或蛋白質(zhì)相互作用提供了深入的見(jiàn)解。其原理是將兩個(gè)自旋標簽(標記)附著(zhù)在蛋白質(zhì)上，并使用脈沖偶極光譜（脈沖EPR光譜儀的一種形式）測量它們之間的距離來(lái)完成的。自旋標簽是特殊設計的非反應性自由基分子。EPR光譜儀可以通過(guò)一系列微波脈沖激發(fā)自由基并檢測其反應。自旋之間的偶極耦合直接使兩個(gè)標記之間產(chǎn)生了距離。自旋標簽對可以放在蛋白質(zhì)的不同位置以產(chǎn)生一組距離，還可以用來(lái)確定蛋白質(zhì)折疊的三維模型。

低噪聲及模塊化組件

“通過(guò)精準的脈沖序列，EPR光譜儀可以測量1 - 100埃范圍內的距離，這就是我們?yōu)槭裁匆褂肧pectrum儀器產(chǎn)品的重要原因，因為它們的噪音極低?！盡aly表示，“此外，我們的光譜儀采用模塊化設計，使客戶(hù)能夠自由選擇他們想要的產(chǎn)品性能。我們從Spectrum旗下的產(chǎn)品中選擇了適用最為廣泛的AWG和數字化儀，而用戶(hù)也不必受限于購買(mǎi)特定的卡片。我們認為Spectrum產(chǎn)品可圈可點(diǎn)之處在于它們可以集成在Netboxes，然后通過(guò)以太網(wǎng)與電腦連接。這樣，我們只通過(guò)一臺小巧的電腦，而不是一臺足以容納所有卡片設備或笨重的機架解決方案就能完成全部操作。這也使后期的設備維修和部件更換變得更加容易?！?br/>

圖2：在35GHz Q頻段范圍內運行

在過(guò)去幾十年里，雷達技術(shù)和移動(dòng)通信行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了EPR光譜儀的進(jìn)步。這些技術(shù)創(chuàng )造了可用于構建EPR硬件的設備。該設備采用微波技術(shù)，頻率越高分辨率也越高。迄今為止，EPR光譜儀的工作頻率為10GHzz (x波段)。但隨著(zhù)5G技術(shù)的發(fā)展，出現了能夠在35GHz（Q頻段）運行的商用設備，這對于此次推出的新產(chǎn)品而言更為適用。

AWG在34 GHz下產(chǎn)生的WURST脈沖

根據實(shí)驗要求，AWG在200至500 MHz范圍內能夠產(chǎn)生10 - 100 ns長(cháng)脈沖。通過(guò)RF I/Q混頻器向上轉換為X波段，再上轉換為Q波段。在發(fā)送至EPR諧振器之前，將微波脈沖送入100W固態(tài)放大器。然后，將反射信號向下轉換為200至500 MHz范圍內的IF頻率并發(fā)送到數字化儀。在EPR光譜儀中，信號通常是向下轉化為直流。然而，這種新方法顯著(zhù)降低了噪聲和偽影。

圖2顯示了在現代EPR實(shí)驗中使用AWG生成脈沖類(lèi)型的示例。WURST(寬帶、均勻速率、平滑截斷)脈沖是寬帶微波脈沖，其激發(fā)帶寬和輪廓遠遠超過(guò)簡(jiǎn)單的矩形脈沖。這種脈沖允許在EPR光譜儀中進(jìn)行寬帶激發(fā)，其表現與AWG的性能息息相關(guān)。

輕巧磁鐵產(chǎn)生強烈磁場(chǎng)

此外，產(chǎn)生1到1.5特斯拉量級的強磁場(chǎng)通常需要一個(gè)巨大而沉重的電磁鐵。Maly解釋道:“我們使用了一個(gè)更小的超導磁體來(lái)產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)強度。在這個(gè)實(shí)驗中，樣品總是需要用液氦冷卻到低溫。因此，我們找到了一個(gè)不含液體制冷劑（干式）的磁鐵供應商。這種磁鐵體積小，重量輕，可以產(chǎn)生1.2特斯拉的高磁場(chǎng)，但尺寸和重量只有130公斤左右。與使用液氦不同，新產(chǎn)品使用了冷頭和氦氣壓縮機（這實(shí)際上是一個(gè)冰箱），可以在封閉循環(huán)中實(shí)現低溫。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因為獲得液氦變得越來(lái)越困難?！?/p>

Maly總結道：“Spectrum提供的5年質(zhì)保增強了我們的信心，因為這些產(chǎn)品都是EPR光譜儀所使用的關(guān)鍵部件。在設置設備方面，Spectrum的技術(shù)支持也是一流的。如果我們的客戶(hù)在使用產(chǎn)品中出現任何問(wèn)題，我們知道Spectrum將使我們可以信賴(lài)的合作伙伴?！?br/>

Bridge12 Technologies全新EPS光譜儀現已上市，更多詳情請訪(fǎng)問(wèn)https://www.bridge12.com。

關(guān)于Spectrum儀器

Spectrum儀器公司成立于1989年，采用獨特的模塊化理念設計和生產(chǎn)了200多種數字化儀和發(fā)生器產(chǎn)品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨立的以太網(wǎng)設備（LXI）。三十多年來(lái)，Spectrum儀器的客戶(hù)遍布全球，產(chǎn)品也被廣泛用于眾多行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)和知名大學(xué)。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近，旗下產(chǎn)品均享受5年質(zhì)保以及來(lái)自工程師團隊的卓越服務(wù)。更多詳情，請訪(fǎng)問(wèn)公司官網(wǎng)www.spectrum-instrumentation.com