构建核磁共振开放测试平台 提高仪器利用率

郑阿群，郗英欣，张军杰，任金妮，高培红，向 丹，慕 慧

（1.西安交通大学理学院，陕西西安 710049；2.西安交通大学实验室资产处，陕西西安 710049）

核磁共振仪是西安交通大学理学院教学和科研中的重要仪器设备，它不仅为本院提供测试服务，而且在生命学院、药学院、材料学院、能动学院等其他学院的多个领域有越来越多的应用。核磁共振仪已经成为许多交叉学科发展不可或缺的重要仪器。但是，由于核磁共振仪价格昂贵、维护费用高，目前大多数国内高等院校采用委托测样的模式，由专职测试人员管理操作仪器。但这种运行模式的缺点在于:一方面仪器使用时间受限，仅能在工作时间测试样品，使用效率大大降低；另一方面样品不能及时检测，影响实验进度。为充分发挥核磁共振仪在教学、科研和人才培养中的作用，需要建立核磁共振仪开放测试平台，规范管理、优化资源、合理布局，提高仪器设备的利用率和使用效益。教师和学生均可参加操作培训，经考核合格后，可通过网上预约，自行操作仪器测试样品。通过实行“科学管理，开放共享，自主操作，有偿使用”的运行模式，一方面提高核磁共振仪的利用率，另一方面锻炼学生的实际动手能力，提高学生实践能力和科技创新能力。

1 建立开放测试平台，拓宽仪器共享渠道

核磁共振仪具有测试速度快、数据准确和样品可回收等优点，是教学和科研实验即时监测和产物结构鉴定及表征的有力工具，已经成为日常科研工作的必备工具［1－2］。为了使核磁共振仪更好地为教学和科研提供支撑和服务，我们面向全校师生的教学和科研提供一个开放的测试平台，一个完全开放的、自主的、创新的平台。师生可以自行操作仪器、测试样品，既可以提高仪器设备使用效率和管理水平，又可以提高学生的动手能力和自主创新能力。

1.1 充分利用校园网信息化仪器开放共享平台

通过校园网，将仪器的相关信息在西安交通大学大型仪器共享平台上公布，校内人员均可凭一卡通的账号和密码进行登录，校外人员可以通过注册申请登录，查看仪器信息，包括仪器型号、主要技术指标、配置、当前运行状况、已有预约使用情况、可用于预约申请的时间、仪器位置、管理人员的联系方式、对外服务收费标准等。用户可直接在网上申请和预定实验，包括预约时间、预约机时等，使仪器设备的使用有序化、协调化，机时得到充分利用，显著提高了仪器的共享率和利用率，也使实验技术人员的工作得到合理安排。

1.2 制定合理的有偿使用制度

为保证核磁共振仪中磁体超导性的长久维持，必须保证液氮、液氦的持续供应，因而维护成本较高，每年运行成本约需8～10万元。为保证共享设备能得到及时的维护和维修，必须建立共享设备的有偿使用机制，逐步实现“以机养机”。收费标准以保证仪器设备的日常运行和维护费用（包括运行费、维修费、消耗材料费等）需要为原则。为鼓励仪器的共享使用，学校制定了相应的优惠政策:

（1）对本学科的科研任务按30%收取费用；

（2）校内其他部门的科研任务可通过申请学校运行补贴基金得到优惠，按50%收取费用；

（3）对于虽有创新性项目，却缺少启动经费的教师，可以先记账测试，待有课题经费后再补缴费用；

（4）学校安排的教学用机原则上不收费。

收费由学校财务处管理。所收费用作为仪器运行维护费用的重要组成部分，为大型仪器资源开放及共享使用提供经费保障。实行有偿使用，既提高了核磁共振仪的利用率，又切实做到仪器设备共享。

1.3 学校投入运行补助基金，提高仪器利用率

西安交通大学每年对大型仪器设备共享平台投入一定的资金，以保证大型仪器设备的日常管理支出、运行补贴、维护维修和升级改造。学校于2000年开始实施“西安交通大学大型精密仪器设备维修基金管理办法”和“西安交通大学大型精密仪器设备运行补助基金实施办法”，对贵重仪器设备的维修、功能开发和运行给予专项补助。凡承担科研项目的教师和工程技术人员，或者实验教学需要的教师，均可申请大型仪器设备运行补助基金，用于补贴大型仪器设备的使用费。运行补助基金的设立，极大地调动了广大教师的积极性，使仪器的利用率大幅度提升，不仅对教师申报和完成国家、省自然科学基金项目等提供了支持，也使教师发表的SCI论文数量有所增加。用户的大幅度增加，保证了设备开放共享工作的平稳运行，提高了大型仪器设备的利用率和使用效益。

2 加强仪器日常管理的规范化、科学化、制度化

仪器的开放程度提高，损坏仪器的潜在危险也显著增加。由于核磁共振仪应用范围广，涉及参数多，工作站设置比较复杂，错误的操作很可能导致软件损坏甚至系统瘫痪。只有加强仪器设备的规范化、科学化、制度化管理，方能最大限度地发挥开放使用的优势，保障仪器设备的安全。

2.1 制定科学的仪器管理制度

完善的管理制度是仪器设备管理工作的依据和保障，可以为高校教学、科研工作的开展提供一个良好、有序的环境［3］。学校制定了“大型仪器设备管理制度”、“仪器设备损坏丢失赔偿制度”、“核磁共振样品测试预约制度”、“核磁共振仪器设备操作规程”、“核磁共振收费标准”等系列规章制度，在实验室门上悬挂醒目的“注意磁场”安全标志。

制度严格规定:进入实验室者体内不能有铁磁性物件，不能随身携带铁磁性物品，以避免铁磁性的物品干扰磁场或损坏设备。因为细小的铁磁性物品若被核磁共振仪的磁体吸上，将很难从磁体上取下；而较大铁磁性物体则很容易撞伤磁体，严重时磁体失超，甚至严重变形而导致磁体报废。在实验室内部，在磁体“5高斯线”处设置警示带，以防人员意外进入而发生事故。严格执行各项管理制度，就能够保证核磁共振仪器开放的规范化、科学化、程序化。

2.2 简单易学、人性化的仪器操作步骤

目前仪器的自动化程度显著提高，当使用者将样品管放置好后，所有的操作都在工作站完成，如选择待测核、氘代试剂、锁场、匀场、设置转速、温度、采样次数、脉冲序列和处理谱图等。只要工作站与仪器联机正常，使用者只需按操作规程点击相应的命令钮，仪器即可开始工作。但是，如果命令给错，或者一次给出的命令太多，仪器将无法按正常的程序工作，电脑也有可能死机。

为了更方便操作，笔者对仪器操作命令进行了重新设置，将原来完成操作需要的十几个命令改为5个宏命令，只要求使用者完成取样、放样、建立文件名、锁场、采集这5个步骤。这样，学生经过培训后能够很快上机操作，大大简化了操作步骤。在数据处理方面，根据每个样品的特点和要求设置打印模板，将峰的强度、位移坐标、谱图的格式等参数固定，这样每次处理谱图时，只要调出自己的模板就可以，不需要再重新设定参数，大大缩短了处理谱图的时间。

2.3 完善仪器档案管理，做好日常使用记录

仪器设备档案是仪器设备管理的重要资料，包括使用手册、维修手册、配套光盘、运行记录、维修记录等，对仪器设备的正常使用和有效维护具有重要的意义。核磁共振仪使用记录簿是重要的原始资料，要求使用者认真填写使用记录。使用记录簿的填写内容包括:使用时间、测试项目、学生姓名、导师姓名、样品编号、承担课题类别和名称、使用中发现的故障及原因、仪器使用结束后仪器的完好情况等。

3 操作培训是仪器安全开放使用的前提

操作培训是仪器开放使用的前提，是保证仪器使用质量和使用安全的重要环节［4］。我们根据不同学生、不同需求，分层次、分步骤进行培训。

3.1 通过不同类型的培训普及仪器知识

针对刚入校的新生，主要介绍仪器的发展历史、应用领域、功能特点等基本知识；针对大四做毕业设计的高年级本科生，要进行有关仪器的基本原理、性能以及使用要求方面的培训；针对硕士生、博士生，重点进行仪器操作和应用方面的培训，使他们能够熟悉仪器操作步骤、具备上机操作的基本素质、掌握仪器使用的要点和安全事项。

3.2 独立使用仪器的人员必须经过严格的培训考核

对需要自行操作仪器的人员，都要进行严格的培训，使其全面掌握仪器操作方法和安全规定。教师和学生均可报名参加实验室举办的仪器操作培训班，培训内容分为:

（1）有关仪器使用的规章制度，让使用人员充分认识到在独立使用仪器时须受实验室、院系、学校相关规章制度的约束，只有这样才能保障自己和他人的分析测试工作顺利进行，才能保障实验室开放体系的良性运行；

（2）仪器设备的基本原理、性能结构、指标参数、应用范围；

（3）核磁共振仪的组成部分、各部分的功能特点、操作规程和安全使用注意事项；

（4）实际操作培训，要求掌握仪器的操作技术，能够针对样品特点，选取最佳测试条件和测试方法，获得更好的测试结果。

若想取得独立操作资格，还需经仪器负责人考核。只有考核合格者方可自行预约机时、独立使用仪器。管理人员随时检查使用者的操作情况，对于不按安全规程操作的人员提出批评，问题严重的可以暂停其使用资格，并需重新培训和考核合格方可再次上机独立操作仪器。

3.3 由专业工程师进行培训，扩大师生视野

定期邀请布鲁克公司工程师进行核磁共振仪器培训，让师生更多了解仪器的性能和使用。2011年举办了核磁共振基本知识和仪器操作培训，内容包括仪器的基本原理、功能、特点、技术指标、测试范围、样品的前处理及测试注意事项等。2012年举办了Bruker核磁共振仪高级用户应用培训，主要培训内容为测试数据的解析处理及仪器常见故障的判断与排除等。在培训过程中，采取现场多媒体操作培训形式，针对个别实验室样品测试中的特殊问题，进行现场解答和特殊样品测试方法的建立。

4 建立高素质管理队伍，促进仪器开放共享

核磁共振仪在高校教学及科研工作中可谓举足轻重［5］，对使用和管理核磁共振仪的实验技术队伍的素质要求也较高。这支队伍不仅要有扎实的专业理论知识，还要有丰富的实际操作经验、有高度的责任感和强烈的事业心，既要专业又要敬业，才能保证仪器使用的高效率。实验技术人员的素质对大型仪器设备的功能发挥、对学校科研水平的提高都起着至关重要的作用。

4.1 加强实验技术人员的培训，提高技术水平

由于核磁共振仪技术先进，所以仪器管理人员要具有较深厚的理论基础和一定的学术背景，还要经过专门培训和长时间的实践才能很好地胜任工作。我校从经费上大力支持实验技术人员的培训活动，鼓励实验技术人员有计划地进行专业技术、技能的培训和进修学习，学习核磁共振的最新技术，了解仪器设备发展动态和学科前沿技术，拓宽视野，及时更新知识结构、开发仪器新功能，进一步提高技术水平和综合能力。仪器管理人员、实验技术人员在仪器的功能升级、改造及日常维修、维护中起着无法替代的支撑作用，为仪器的正常、高效运转提供了保障［6］。

4.2 建立仪器管理人员考核制度，调动其积极性

制定合理的奖惩制度，对仪器的开放和管理起到激励、督促的作用［7］。学校大型仪器共享中心每年按照测试任务完成情况，对从事大型仪器设备管理工作的实验技术人员进行年度综合考核，从承担的仪器管理任务、工作量、测样数、机时、仪器功能的开发和利用、校内外的协作共用、产生的论文和科技成果、社会效益和经济效益等方面进行考核。对年度考核良好（含）以上的校级设备给予运行经费奖励。连续2年校级设备考核不合格，或者专家认定设备老化、故障频繁、用户共享需求不高的设备将会降至院级，学校将不再资助其运行及维修。

4.3 研究生协助管理，无限时开放仪器

核磁共振仪主要用于物质结构的研究，是实验即时监测和产物结构鉴定及表征的工具，大部分教师和学生都希望做好一个样品就立即测试，进行结果表征。但因实验室人员不足，正常工作时间以外的仪器开放管理有一定的困难，从而出现机时紧张，样品测试周期延长的现象，对仪器的使用率和教师的科研进度有一定影响。

为了保证正常工作时间以外自主测样者也可以进入仪器室，我们在经常使用仪器的研究生中挑选两三名研究生，对他们进行重点培训，让他们协助平时实验室的内部管理，熟悉核磁共振仪器设备安全和专业知识，掌握设备的主要用途和注意事项，熟知仪器突发状况的紧急处理方法，在周末、假期或晚上协助核磁共振仪的管理，实现仪器的全天候开放无限时。教师和学生可不受时间的限制，随时进入实验室进行实验，缓解仪器测试的机时紧张状况。

让研究生协助管理，能极大地挖掘实验室晚上和节假日的空闲时间，实现了全天候开放使用，也促进了研究生业务能力的提高，充分体现了大型精密仪器“专管共用、开放共享、优化服务”的管理宗旨。

5 建立仪器设备定期维护和保养制度

随着仪器高频率的使用，如果缺乏定期的维护和保养，就会导致实验数据不准确、仪器设备使用寿命缩短、实验室仪器设备使用率降低。为使维修维护工作有章可循，应制定仪器设备运行维护管理办法，确保仪器设备维修、维护顺利进行［8］。我们将仪器的保养和维护按时间段分为日、周、月、季、年维护，制定了定期维护制度，确保仪器处于完好状态，确保实验数据的准确性和实验结果的可靠性。

（1）每日:做好仪器室的清洁工作，监视液氦液面及其下降情况；

（2）每周:添加一次液氮，检查磁体温度是否正常、空压机除水杯有无积水、压力表指示是否正常；

（3）每月:清洗一次机柜空气过滤网，保证机器散热良好；进行一次仪器信噪比检查；

（4）每季:添加一次液氦，校准仪器的90°脉冲；

（5）每年:清洗一次液态探头，更换转子上的O 型圈探头，对工作站、配套设备空气压缩机、机柜、电池进行一次全面、彻底的维护保养，保证仪器的正常运行和测试精度。

6 开放测试平台的使用效果

6.1 提高了核磁共振仪器的使用效率

通过构建开放使用的运行模式，拓展了仪器使用的空间，核磁共振仪器运行良好，仪器利用率提高。测样时间由8小时延伸到24小时和节假日。2012年仪器开放天数在340天以上，测试样品数5 102个，使用机时2 160小时，极大地提高了仪器的使用率。自从2011年仪器开放运行以来，在学校对大型仪器使用情况检查考核中，核磁共振仪连续两年被评为优秀机组并获得3万元的仪器维护奖励。

6.2 提高学生创新能力

通过系统培训，考核合格者被授予了自主测样权限，使得样品测试及时方便，教师和学生可以在第一时间获得测试数据，大大提高了科研进度。实验室开放运行2年来，举办仪器培训班多期，已培训师生200多人次，被授权自主测样权限的师生100多人，理学院科研工作的开放使用机时占到仪器使用总机时的70%以上。已有本科生20 余次、12 个专业、30 个班、600多人次参加过核磁共振观摩实验课。

6.3 促进了科研水平的提升

核磁共振仪的开放使用极大地提高了各课题组利用该仪器开展分析测试的积极性，为理学院的科研提供了有力的支持。2011年以来，仅理学院化学学科就发表SCI高水平论文20 余篇，发表在影响因子从4.837～28.7的国际著名化学、材料学期刊上。借助该仪器完成包括国家自然科学基金项目在内的各类科研项目30余项，获批国家自然科学基金12项。

7 结束语

西安交通大学建立的核磁共振仪器开放测试平台，采取科学的管理方式，制定了行之有效的管理制度，推进了仪器的开放共用和对外服务，提高了仪器设备利用率和效益，为我校教学和科研工作提供了有力支撑，同时为我校创新人才的培养作出了贡献。但我们也应深刻地认识到，在仪器开放实践中，也会有意想不到的事故发生，所以每一个细小的环节都要落实到实处，才能保证仪器的安全、正常、开放运行。

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［1］张黎伟，周勇义，黄凯.北京核磁共振中心建设与成效［J］.实验技术与管理，2010，27（11）:9－12，33.

［2］吕梅香，杨定乔，蒋腊生，等.液体核磁共振仪的开放使用和管理［J］.实验技术与管理，2009，26（5）:76－78.

［3］熊娟，杨向荣.高校实验室大型仪器设备管理及资源共享的探索［J］.分析仪器，2010（5）:84－86.

［4］陈明星，章斐，孙玲.开放仪器实验室网上培训课堂的建设与意义［J］.实验室科学与技术，2009，6（2）:151－153.

［5］吕梅香，汪朝阳，蒋腊生，等.液体核磁共振仪的维护与管理［J］.实验室科学，2009（2）:161－163.

［6］黄凯，周勇义，张新祥.大型仪器应用技术培训对其使用效益发挥的促进作用［J］.实验技术与管理，2009，26（2）:166－177.

［7］张丽梅，刘震.大型仪器设备共享平台建设的探讨与实践［J］.实验技术与管理，2009，26（3）:292－295.

［8］刘建民.高校仪器设备维修管理机制探析［J］.经济研究导刊，2012（22）:300－301.