X波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪EPR100-国仪量子

X波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪
EPR100

EPR100是一款功能全面，性能优异的X波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪，兼具连续波EPR及脉冲EPR功能，除了满足常规连续波EPR实验，也可通过特定的脉冲序列对电子自旋量子态进行精细操控及测量，进行T₁、T₂、ESEEM（电子-自旋回波包络调制）、HYSCORE（超精细亚能级相关）等脉冲EPR相关测试。EPR100的选配件丰富全面，例如选配ENDOR、DEER、TR-EPR、AWG等配件，满可足当前所有脉冲实验模式的需求；搭配变温系统，可实现超低温下顺磁性物质的探测。脉冲EPR可实现更高的谱图分辨率，揭示电子与核之间的超精细相互作用，从而为用户提供更多的物质结构信息，在材料科学、量子计算、生物结构解析等科学研究领域具有不可替代的重要作用。

谱图分辨率高

弱偶极相互作用、弱精细耦合作用、弱零场分裂等信息，因展宽效应无法在连续波EPR谱中解析。脉冲EPR技术具有更高的谱线分辨率，能够解析连续波EPR难以分辨的弱相互作用。

谱图易于解析

脉冲EPR可通过不同的脉冲序列设计对电子-电子、电子-核相互作用等信息进行选择性观测，谱图解析更简单。

功能全面

除弛豫测量、ESEEM、HYSCORE等实验，可选配电子-核双共振（ENDOR）系统、电子-电子双共振（ELDOR/DEER）系统、时间分辨/瞬态EPR（TR-EPR）系统、AWG等选件，实现丰富全面的脉冲实验类型。

脉冲探头高性能

Q值可调的脉冲探头，可同时兼顾更宽的激发带宽和更强的操控场。探测时间缩短至百纳秒。

固态功率放大器

高达500 W的脉冲功率放大，搭配高性能脉冲EPR探头，可更高效的实现窄脉冲激发。具有长时间相位稳定性，在进行长脉冲序列实验时，可进行更为准确的微波脉冲放大。

脉冲发生技术

不限个数的序列发生器。微波脉冲时间分辨率达50 ps，提高脉冲模式下的谱线分辨率。结合AWG选件，微波脉冲生成更便捷灵活。

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应用领域

化学领域

有机化学、电化学、配位化学中的反应机理探索、自由基中间体监测、药物研发辅助、配位化合物结构解析、有机合成分析等

环境科学

高级氧化法、光催化、大气污染监测、污水处理、土壤修复、重金属污染追踪、环境持久性自由基等

材料领域

晶体缺陷、磁性材料、半导体、电池材料、光纤缺陷、高分子材料等

食品行业

食品辐照检测鉴定、啤酒风味保鲜期、食用油酸败检测等

生物领域

抗氧化性能表征、金属酶表征、生物大分子自旋标记等

医疗领域

职业病防护研究、核辐射应急医疗、丙氨酸剂量计、癌症放疗辐照相关研究等

工业领域

涂料老化研究、钻石陷阱鉴定、烟草滤嘴过滤功效、石油化工品质监控、阻聚剂余量检测、化妆品自由基防护系数等

地质考古

通过对化石、岩石、珊瑚、石英、土壤进行EPR分析，实现第四纪年（几千年到百万年）定年

量子计算

固态体系中的电子自旋是量子计算研究所需量子比特的重要载体之一，脉冲式电子顺磁共振技术可实现对电子自旋量子态的制备、操纵和读出，从而进行量子计算领域中重要问题的研究

生物结构解析

电子-电子双共振技术是生物结构解析的重要工具之一。使用电子自旋标记技术对蛋白质、RNA等生物分子进行特定的标记，通过电子顺磁共振技术测量出电子-电子相互作用强度，可以提供标记位点之间的距离信息，从而可进行生物结构的解析。该技术可用来测量1.7-8 nm之间的距离，且是一种无损的探测手段

实测数据

弛豫时间测量

自旋弛豫性质反映了自旋中心吸收能量跃迁至高能态后，能量的传递和耗散等过程。通过自旋弛豫时间的测量，可以得到丰富的动力学和结构信息，是解析物质化学结构的重要步骤，也是量子计算的重要研究内容。脉冲EPR通常测量横向弛豫时间T₂（自旋-自旋弛豫）和纵向弛豫时间T₁（自旋-晶格弛豫）。复杂系统中，可利用不同顺磁中心弛豫时间的差异，编辑合适的脉冲序列，对信号进行采集，从而消除干扰信号。

纵向弛豫时间T₁测试结果及脉冲序列

横向弛豫时间T₂测试结果及脉冲序列

电子自旋回波包络调制（ESEEM）

ESEEM（electron spin echo envelope modulation）是一种研究电子和核之间的相互作用的技术，主要探测弱耦合的超精细相互作用和核四极矩相互作用。通过对采集到的时域谱图进行傅里叶变换，可得到频域谱图。根据频率的大小可推断电子周围的原子核的种类。除此之外，还可提供与电子产生相互作用的核的数目。

Coal的3P-ESEEM谱图

CoTPP(py)的3P-ESEEM谱图

超精细亚能级相关（HYSCORE）

HYSCORE（hyperfine sublevel correlation）是ESEEM的二维谱图，能解析ESEEM中相互重叠的吸收峰。通过HYSCORE实验不仅能测到原子核的Larmor频率，推断原子核的种类，还能得到超精细耦合信息，从而区分不同核的超精细耦合大小，可对原子核进行选择性探测。

LiF单晶的HYSCORE谱图

附件

电子-核双共振ENDOR（pulsed electronic nuclear double resonance）系统

脉冲 ENDOR是一种将核磁共振的高分辨率及核选择性与电子顺磁的高灵敏度相结合的双共振技术。通过射频（Radio Frequency，RF）脉冲激发核磁共振跃迁，从而对电子自旋回波产生调制，改变RF频率并监测回波强度来进行实验。利用 ENDOR技术可选择性地探测弱或强电子-核耦合，从而提供电子自旋周围（几埃范围内）的局部环境信息。选配ENDOR系统，包含ENDOR探头、RF波源、RF放大器等部件。

LiF单晶的ENDOR谱图

方解石样品的Davies ENDOR谱图

电子-电子双共振ELDOR/DEER（electron-electron double resonance）系统

DEER技术研究电子与电子间的相互作用，可用于探测两个顺磁性中心之间的距离。将DEER技术与定点标记（site-directed spin labeling，SDSL）技术相结合，通过测量标记在目标分子上的自旋标记位点之间的距离，可解析生物分子结构及相互作用。因此，DEER技术在结构生物学和聚合物科学中有广泛的应用，如通过距离探测、测量蛋白质-蛋白质、蛋白质-DNA相互作用、底物结合和金属配位位点等。选配DEER系统，使用不同频率的两路微波对系统中的两个电子自旋分别进行脉冲操控，可实现脉冲DEER功能。

氮氧自由基标记的分子（ACERT Biradical Standards for ESR Distance measurements）的DEER实验结果

任意波形发生器

结合任意波形发生器，可实现任意波形的微波脉冲输出，可对脉冲的幅度、相位、频率及波形包络进行修改，进行灵活的定制化复杂脉冲实验。

时间分辨/瞬态EPR（TR-EPR）

时间分辨/瞬态EPR（TR-EPR）将时间分辨技术与顺磁共振波谱技术相结合，时间分辨率可到ns级别。系统主要包括用于数字化控制的主控制器、用于提供稳定光激发的高能量脉冲激光器、用于监测脉冲激光器功率的激光能量计和用于监测EPR信号的介质谐振腔。TR-EPR可用于研究快速反应过程中的自由基或激发三重态等瞬态物质，探测和研究这些寿命在微秒到纳秒范围内的短暂物种，对自由基反应动力学研究具有重要意义，弥补传统设备对于短寿命物种的检测盲区。