構建核磁共振開放測試平臺 提高儀器利用率

鄭阿群，郗英欣，張軍杰，任金妮，高培紅，向 丹，慕 慧

（1.西安交通大學理學院，陜西西安 710049；2.西安交通大學實驗室資產處，陜西西安 710049）

核磁共振儀是西安交通大學理學院教學和科研中的重要儀器設備，它不僅為本院提供測試服務，而且在生命學院、藥學院、材料學院、能動學院等其他學院的多個領域有越來越多的應用。核磁共振儀已經成為許多交叉學科發展不可或缺的重要儀器。但是，由于核磁共振儀價格昂貴、維護費用高，目前大多數國內高等院校采用委托測樣的模式，由專職測試人員管理操作儀器。但這種運行模式的缺點在于:一方面儀器使用時間受限，僅能在工作時間測試樣品，使用效率大大降低；另一方面樣品不能及時檢測，影響實驗進度。為充分發揮核磁共振儀在教學、科研和人才培養中的作用，需要建立核磁共振儀開放測試平臺，規范管理、優化資源、合理布局，提高儀器設備的利用率和使用效益。教師和學生均可參加操作培訓，經考核合格后，可通過網上預約，自行操作儀器測試樣品。通過實行“科學管理，開放共享，自主操作，有償使用”的運行模式，一方面提高核磁共振儀的利用率，另一方面鍛煉學生的實際動手能力，提高學生實踐能力和科技創新能力。

1 建立開放測試平臺，拓寬儀器共享渠道

核磁共振儀具有測試速度快、數據準確和樣品可回收等優點，是教學和科研實驗即時監測和產物結構鑒定及表征的有力工具，已經成為日常科研工作的必備工具［1－2］。為了使核磁共振儀更好地為教學和科研提供支撐和服務，我們面向全校師生的教學和科研提供一個開放的測試平臺，一個完全開放的、自主的、創新的平臺。師生可以自行操作儀器、測試樣品，既可以提高儀器設備使用效率和管理水平，又可以提高學生的動手能力和自主創新能力。

1.1 充分利用校園網信息化儀器開放共享平臺

通過校園網，將儀器的相關信息在西安交通大學大型儀器共享平臺上公布，校內人員均可憑一卡通的賬號和密碼進行登錄，校外人員可以通過注冊申請登錄，查看儀器信息，包括儀器型號、主要技術指標、配置、當前運行狀況、已有預約使用情況、可用于預約申請的時間、儀器位置、管理人員的聯系方式、對外服務收費標準等。用戶可直接在網上申請和預定實驗，包括預約時間、預約機時等，使儀器設備的使用有序化、協調化，機時得到充分利用，顯著提高了儀器的共享率和利用率，也使實驗技術人員的工作得到合理安排。

1.2 制定合理的有償使用制度

為保證核磁共振儀中磁體超導性的長久維持，必須保證液氮、液氦的持續供應，因而維護成本較高，每年運行成本約需8～10萬元。為保證共享設備能得到及時的維護和維修，必須建立共享設備的有償使用機制，逐步實現“以機養機”。收費標準以保證儀器設備的日常運行和維護費用（包括運行費、維修費、消耗材料費等）需要為原則。為鼓勵儀器的共享使用，學校制定了相應的優惠政策:

（1）對本學科的科研任務按30%收取費用；

（2）校內其他部門的科研任務可通過申請學校運行補貼基金得到優惠，按50%收取費用；

（3）對于雖有創新性項目，卻缺少啟動經費的教師，可以先記賬測試，待有課題經費后再補繳費用；

（4）學校安排的教學用機原則上不收費。

收費由學校財務處管理。所收費用作為儀器運行維護費用的重要組成部分，為大型儀器資源開放及共享使用提供經費保障。實行有償使用，既提高了核磁共振儀的利用率，又切實做到儀器設備共享。

1.3 學校投入運行補助基金，提高儀器利用率

西安交通大學每年對大型儀器設備共享平臺投入一定的資金，以保證大型儀器設備的日常管理支出、運行補貼、維護維修和升級改造。學校于2000年開始實施“西安交通大學大型精密儀器設備維修基金管理辦法”和“西安交通大學大型精密儀器設備運行補助基金實施辦法”，對貴重儀器設備的維修、功能開發和運行給予專項補助。凡承擔科研項目的教師和工程技術人員，或者實驗教學需要的教師，均可申請大型儀器設備運行補助基金，用于補貼大型儀器設備的使用費。運行補助基金的設立，極大地調動了廣大教師的積極性，使儀器的利用率大幅度提升，不僅對教師申報和完成國家、省自然科學基金項目等提供了支持，也使教師發表的SCI論文數量有所增加。用戶的大幅度增加，保證了設備開放共享工作的平穩運行，提高了大型儀器設備的利用率和使用效益。

2 加強儀器日常管理的規范化、科學化、制度化

儀器的開放程度提高，損壞儀器的潛在危險也顯著增加。由于核磁共振儀應用范圍廣，涉及參數多，工作站設置比較復雜，錯誤的操作很可能導致軟件損壞甚至系統癱瘓。只有加強儀器設備的規范化、科學化、制度化管理，方能最大限度地發揮開放使用的優勢，保障儀器設備的安全。

2.1 制定科學的儀器管理制度

完善的管理制度是儀器設備管理工作的依據和保障，可以為高校教學、科研工作的開展提供一個良好、有序的環境［3］。學校制定了“大型儀器設備管理制度”、“儀器設備損壞丟失賠償制度”、“核磁共振樣品測試預約制度”、“核磁共振儀器設備操作規程”、“核磁共振收費標準”等系列規章制度，在實驗室門上懸掛醒目的“注意磁場”安全標志。

制度嚴格規定:進入實驗室者體內不能有鐵磁性物件，不能隨身攜帶鐵磁性物品，以避免鐵磁性的物品干擾磁場或損壞設備。因為細小的鐵磁性物品若被核磁共振儀的磁體吸上，將很難從磁體上取下；而較大鐵磁性物體則很容易撞傷磁體，嚴重時磁體失超，甚至嚴重變形而導致磁體報廢。在實驗室內部，在磁體“5高斯線”處設置警示帶，以防人員意外進入而發生事故。嚴格執行各項管理制度，就能夠保證核磁共振儀器開放的規范化、科學化、程序化。

2.2 簡單易學、人性化的儀器操作步驟

目前儀器的自動化程度顯著提高，當使用者將樣品管放置好后，所有的操作都在工作站完成，如選擇待測核、氘代試劑、鎖場、勻場、設置轉速、溫度、采樣次數、脈沖序列和處理譜圖等。只要工作站與儀器聯機正常，使用者只需按操作規程點擊相應的命令鈕，儀器即可開始工作。但是，如果命令給錯，或者一次給出的命令太多，儀器將無法按正常的程序工作，電腦也有可能死機。

為了更方便操作，筆者對儀器操作命令進行了重新設置，將原來完成操作需要的十幾個命令改為5個宏命令，只要求使用者完成取樣、放樣、建立文件名、鎖場、采集這5個步驟。這樣，學生經過培訓后能夠很快上機操作，大大簡化了操作步驟。在數據處理方面，根據每個樣品的特點和要求設置打印模板，將峰的強度、位移坐標、譜圖的格式等參數固定，這樣每次處理譜圖時，只要調出自己的模板就可以，不需要再重新設定參數，大大縮短了處理譜圖的時間。

2.3 完善儀器檔案管理，做好日常使用記錄

儀器設備檔案是儀器設備管理的重要資料，包括使用手冊、維修手冊、配套光盤、運行記錄、維修記錄等，對儀器設備的正常使用和有效維護具有重要的意義。核磁共振儀使用記錄簿是重要的原始資料，要求使用者認真填寫使用記錄。使用記錄簿的填寫內容包括:使用時間、測試項目、學生姓名、導師姓名、樣品編號、承擔課題類別和名稱、使用中發現的故障及原因、儀器使用結束后儀器的完好情況等。

3 操作培訓是儀器安全開放使用的前提

操作培訓是儀器開放使用的前提，是保證儀器使用質量和使用安全的重要環節［4］。我們根據不同學生、不同需求，分層次、分步驟進行培訓。

3.1 通過不同類型的培訓普及儀器知識

針對剛入校的新生，主要介紹儀器的發展歷史、應用領域、功能特點等基本知識；針對大四做畢業設計的高年級本科生，要進行有關儀器的基本原理、性能以及使用要求方面的培訓；針對碩士生、博士生，重點進行儀器操作和應用方面的培訓，使他們能夠熟悉儀器操作步驟、具備上機操作的基本素質、掌握儀器使用的要點和安全事項。

3.2 獨立使用儀器的人員必須經過嚴格的培訓考核

對需要自行操作儀器的人員，都要進行嚴格的培訓，使其全面掌握儀器操作方法和安全規定。教師和學生均可報名參加實驗室舉辦的儀器操作培訓班，培訓內容分為:

（1）有關儀器使用的規章制度，讓使用人員充分認識到在獨立使用儀器時須受實驗室、院系、學校相關規章制度的約束，只有這樣才能保障自己和他人的分析測試工作順利進行，才能保障實驗室開放體系的良性運行；

（2）儀器設備的基本原理、性能結構、指標參數、應用范圍；

（3）核磁共振儀的組成部分、各部分的功能特點、操作規程和安全使用注意事項；

（4）實際操作培訓，要求掌握儀器的操作技術，能夠針對樣品特點，選取最佳測試條件和測試方法，獲得更好的測試結果。

若想取得獨立操作資格，還需經儀器負責人考核。只有考核合格者方可自行預約機時、獨立使用儀器。管理人員隨時檢查使用者的操作情況，對于不按安全規程操作的人員提出批評，問題嚴重的可以暫停其使用資格，并需重新培訓和考核合格方可再次上機獨立操作儀器。

3.3 由專業工程師進行培訓，擴大師生視野

定期邀請布魯克公司工程師進行核磁共振儀器培訓，讓師生更多了解儀器的性能和使用。2011年舉辦了核磁共振基本知識和儀器操作培訓，內容包括儀器的基本原理、功能、特點、技術指標、測試范圍、樣品的前處理及測試注意事項等。2012年舉辦了Bruker核磁共振儀高級用戶應用培訓，主要培訓內容為測試數據的解析處理及儀器常見故障的判斷與排除等。在培訓過程中，采取現場多媒體操作培訓形式，針對個別實驗室樣品測試中的特殊問題，進行現場解答和特殊樣品測試方法的建立。

4 建立高素質管理隊伍，促進儀器開放共享

核磁共振儀在高校教學及科研工作中可謂舉足輕重［5］，對使用和管理核磁共振儀的實驗技術隊伍的素質要求也較高。這支隊伍不僅要有扎實的專業理論知識，還要有豐富的實際操作經驗、有高度的責任感和強烈的事業心，既要專業又要敬業，才能保證儀器使用的高效率。實驗技術人員的素質對大型儀器設備的功能發揮、對學校科研水平的提高都起著至關重要的作用。

4.1 加強實驗技術人員的培訓，提高技術水平

由于核磁共振儀技術先進，所以儀器管理人員要具有較深厚的理論基礎和一定的學術背景，還要經過專門培訓和長時間的實踐才能很好地勝任工作。我校從經費上大力支持實驗技術人員的培訓活動，鼓勵實驗技術人員有計劃地進行專業技術、技能的培訓和進修學習，學習核磁共振的最新技術，了解儀器設備發展動態和學科前沿技術，拓寬視野，及時更新知識結構、開發儀器新功能，進一步提高技術水平和綜合能力。儀器管理人員、實驗技術人員在儀器的功能升級、改造及日常維修、維護中起著無法替代的支撐作用，為儀器的正常、高效運轉提供了保障［6］。

4.2 建立儀器管理人員考核制度，調動其積極性

制定合理的獎懲制度，對儀器的開放和管理起到激勵、督促的作用［7］。學校大型儀器共享中心每年按照測試任務完成情況，對從事大型儀器設備管理工作的實驗技術人員進行年度綜合考核，從承擔的儀器管理任務、工作量、測樣數、機時、儀器功能的開發和利用、校內外的協作共用、產生的論文和科技成果、社會效益和經濟效益等方面進行考核。對年度考核良好（含）以上的校級設備給予運行經費獎勵。連續2年校級設備考核不合格，或者專家認定設備老化、故障頻繁、用戶共享需求不高的設備將會降至院級，學校將不再資助其運行及維修。

4.3 研究生協助管理，無限時開放儀器

核磁共振儀主要用于物質結構的研究，是實驗即時監測和產物結構鑒定及表征的工具，大部分教師和學生都希望做好一個樣品就立即測試，進行結果表征。但因實驗室人員不足，正常工作時間以外的儀器開放管理有一定的困難，從而出現機時緊張，樣品測試周期延長的現象，對儀器的使用率和教師的科研進度有一定影響。

為了保證正常工作時間以外自主測樣者也可以進入儀器室，我們在經常使用儀器的研究生中挑選兩三名研究生，對他們進行重點培訓，讓他們協助平時實驗室的內部管理，熟悉核磁共振儀器設備安全和專業知識，掌握設備的主要用途和注意事項，熟知儀器突發狀況的緊急處理方法，在周末、假期或晚上協助核磁共振儀的管理，實現儀器的全天候開放無限時。教師和學生可不受時間的限制，隨時進入實驗室進行實驗，緩解儀器測試的機時緊張狀況。

讓研究生協助管理，能極大地挖掘實驗室晚上和節假日的空閑時間，實現了全天候開放使用，也促進了研究生業務能力的提高，充分體現了大型精密儀器“專管共用、開放共享、優化服務”的管理宗旨。

5 建立儀器設備定期維護和保養制度

隨著儀器高頻率的使用，如果缺乏定期的維護和保養，就會導致實驗數據不準確、儀器設備使用壽命縮短、實驗室儀器設備使用率降低。為使維修維護工作有章可循，應制定儀器設備運行維護管理辦法，確保儀器設備維修、維護順利進行［8］。我們將儀器的保養和維護按時間段分為日、周、月、季、年維護，制定了定期維護制度，確保儀器處于完好狀態，確保實驗數據的準確性和實驗結果的可靠性。

（1）每日:做好儀器室的清潔工作，監視液氦液面及其下降情況；

（2）每周:添加一次液氮，檢查磁體溫度是否正常、空壓機除水杯有無積水、壓力表指示是否正常；

（3）每月:清洗一次機柜空氣過濾網，保證機器散熱良好；進行一次儀器信噪比檢查；

（4）每季:添加一次液氦，校準儀器的90°脈沖；

（5）每年:清洗一次液態探頭，更換轉子上的O 型圈探頭，對工作站、配套設備空氣壓縮機、機柜、電池進行一次全面、徹底的維護保養，保證儀器的正常運行和測試精度。

6 開放測試平臺的使用效果

6.1 提高了核磁共振儀器的使用效率

通過構建開放使用的運行模式，拓展了儀器使用的空間，核磁共振儀器運行良好，儀器利用率提高。測樣時間由8小時延伸到24小時和節假日。2012年儀器開放天數在340天以上，測試樣品數5 102個，使用機時2 160小時，極大地提高了儀器的使用率。自從2011年儀器開放運行以來，在學校對大型儀器使用情況檢查考核中，核磁共振儀連續兩年被評為優秀機組并獲得3萬元的儀器維護獎勵。

6.2 提高學生創新能力

通過系統培訓，考核合格者被授予了自主測樣權限，使得樣品測試及時方便，教師和學生可以在第一時間獲得測試數據，大大提高了科研進度。實驗室開放運行2年來，舉辦儀器培訓班多期，已培訓師生200多人次，被授權自主測樣權限的師生100多人，理學院科研工作的開放使用機時占到儀器使用總機時的70%以上。已有本科生20 余次、12 個專業、30 個班、600多人次參加過核磁共振觀摩實驗課。

6.3 促進了科研水平的提升

核磁共振儀的開放使用極大地提高了各課題組利用該儀器開展分析測試的積極性，為理學院的科研提供了有力的支持。2011年以來，僅理學院化學學科就發表SCI高水平論文20 余篇，發表在影響因子從4.837～28.7的國際著名化學、材料學期刊上。借助該儀器完成包括國家自然科學基金項目在內的各類科研項目30余項，獲批國家自然科學基金12項。

7 結束語

西安交通大學建立的核磁共振儀器開放測試平臺，采取科學的管理方式，制定了行之有效的管理制度，推進了儀器的開放共用和對外服務，提高了儀器設備利用率和效益，為我校教學和科研工作提供了有力支撐，同時為我校創新人才的培養作出了貢獻。但我們也應深刻地認識到，在儀器開放實踐中，也會有意想不到的事故發生，所以每一個細小的環節都要落實到實處，才能保證儀器的安全、正常、開放運行。

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［1］張黎偉，周勇義，黃凱.北京核磁共振中心建設與成效［J］.實驗技術與管理，2010，27（11）:9－12，33.

［2］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］.實驗技術與管理，2009，26（5）:76－78.

［3］熊娟，楊向榮.高校實驗室大型儀器設備管理及資源共享的探索［J］.分析儀器，2010（5）:84－86.

［4］陳明星，章斐，孫玲.開放儀器實驗室網上培訓課堂的建設與意義［J］.實驗室科學與技術，2009，6（2）:151－153.

［5］呂梅香，汪朝陽，蔣臘生，等.液體核磁共振儀的維護與管理［J］.實驗室科學，2009（2）:161－163.

［6］黃凱，周勇義，張新祥.大型儀器應用技術培訓對其使用效益發揮的促進作用［J］.實驗技術與管理，2009，26（2）:166－177.

［7］張麗梅，劉震.大型儀器設備共享平臺建設的探討與實踐［J］.實驗技術與管理，2009，26（3）:292－295.

［8］劉建民.高校儀器設備維修管理機制探析［J］.經濟研究導刊，2012（22）:300－301.