仪器校准用含锰标准物存储器件和电子顺磁共振仪器

一、项目介绍

1. 痛点问题

电子顺磁共振波谱仪是唯一能够直接用于未成对电子研究的一种仪器，其研究对象包括自由基、过渡金属离子、掺杂和缺陷等。此外，电子顺磁共振波谱仪在量子计算和传感、材料合成、化学催化和环境修复等多个领域均具有重要的作用。在强磁场的作用下，电子自旋会发生赛曼分裂，产生电子能级差。再通过发射微波，给予特定的能量满足电子跃迁，发生电子顺磁共振现象，从而可以被电子顺磁共振波谱仪检测到。研究人员可通过在测试谱图的g值、线宽等参数得到自由基的种类、过渡金属的价态等信息。

电子顺磁共振波谱仪需要定期校准，其磁场单元和微波单元相互独立。因此，在一台新的电子顺磁共振波谱仪制造完成后需要使用标准物质对仪器本身的磁场进行校准，以确保仪器在测试过程中的可靠性。然而，目前国外具有标准物质的合成技术进行技术封锁，并且不对外售卖锰标准物，限制了电子顺磁共振领域的研究和发展。

2. 解决方案

电子顺磁共振技术（EPR）的诞生，是以1944年在前苏联喀山大学的 Zavoisky的实验报道为标志，至今已经有近80年的历史。本项成果基于电子顺磁共振技术，合成研发典型标准样品Mn2+，用于做g值和A值的校准，是EPR实验中的重要标准样品，同时是相对定量自旋数计算必需部件，内置于腔体内，与谐振腔一起作为基于Mn2+ 标的EPR波谱仪核心单元。

3. 竞争优势分析

本项成果完成人在研究锰标准物的过程中进一步发现：嵌入在立方晶格中的二价锰离子的化合物是一种很好的适用于电子顺磁共振波谱仪校准的物质，其具有标准的六重峰，常用做g值和A值的校准，相对定量自旋数计算中的对比样品，是电子顺磁共振实验中的重要标准样品。

样品的自旋浓度，是每个研究人员都非常关注的定量参数。绝对定量和相对定量都可以满足科研人员做自旋定量的科研工作，并且市面上除了布鲁克使用非 Mn2+标的定量方式，其他厂商均使用的是基于Mn2+的相对定量，因此Mn2+的合成技术在市场上十分具有竞争力。

4. 市场应用前景

根据统计的政府采购招投标信息估计，2019年国内连续波EPR谱仪的销售额约3500-4000万人民币，其中立式谱仪约1500-2000万左右。同时，近些年基于Mn2+标的EPR技术越来越多的受到相关科研工作者的青睐，因此预估EPR谱仪的市场容量年增速也在10% 。Mn2+标作为相对定量技术EPR波谱仪的核心部件，能够进行g值计算以及相对定量计算，具有较大的市场应用前景。

5. 发展规划

据上述市场分析，立式连续波 EPR 国内年销售总量约 15 台，台式 EPR 国内年销售总量约 35 台。

6. 知识产权情况

已获得一项专利授权。

二、团队介绍

本项目负责人杨海军，化学系高级工程师，北京理化分析测试技术学会波谱分会理事长。长期致力于开发磁共振新技术和展开其在有机反应机理方面的研究，在国产磁共振仪器应用推广方面展开工作。连续5年获得首都科技条件平台清华大学研发实验服务基地开放共享服务“先进个人”称号。2019年获得全国电子顺磁波谱会 “徐元植顺磁共振波谱学奖”优秀青年奖。2022年获得全国高校分析测试技术培训微课大赛一等奖，五次获得“清华大学实验室创新基金”资助，主持并参与国自然科学基金项目7项，发表SCI收录论文110余篇，编写著作1部，授权专利10项。

成果编号：20240204