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林崇熙:痴迷核磁共振波谱30年——访北京大学化学院副教授林崇熙

仪器信息网 2014/05/04 09:34:26 点击 3727 次
[导读] 林崇熙,北京大学化学院副教授,著名的核磁共振波谱(NMR)技术专家。

  林崇熙,北京大学化学院副教授,著名的核磁共振波谱(NMR)技术专家。

  林崇熙来自台湾省高雄,是家中唯一的男孩,家里有一片祖业需要其继承,大家都认为他一定会回台湾工作。但是,从1996年到现在,林崇熙在北京大学工作已经18年了,并且,计划继续工作、生活下去。

北京大学化学院教授 林崇熙

  “父亲在中国待过十几年,当年是以成绩第一名保送到吉林长春的建国大学读书。从小父亲就经常跟我们小孩提到在大陆的各种生活情形,鼓励我去大陆看看。因此,我早就有来大陆看看的夙愿。”林崇熙说到,“1996年时有机会来北大做博士后研究,原来我只想感受一下北京与北大的气氛然后就离开。没想到的是,我在这里解决了很多人生大事,恋爱、结婚、生子̷̷,也就这样一年一年留了下来。”

  谈到与NMR结缘,林崇熙说到,“我是第一志愿考进台湾大学化学系的,对有机化学特别感兴趣,而使用NMR进行化合物结构鉴定是常规工作。来到北大化学院后,院里看我很懂NMR, 就鼓励我负责NMR的管理。我也当仁不让,在博士后期间就兼职负责起北大化学院新购入NMR谱仪的工作。”

  除了最初的一台200 MHz(Varian),化学院之后又陆续采购了一些NMR,其中也包括 Bruker与Jeol公司的仪器。“对于这些不同公司、不同型号的NMR,其不同的操作方法与应用,我很有兴趣去了解、熟悉。我们课题组的老师和学生们一起开发这些仪器的新功能,得到成果后再培训给其他课题组的学生们使用。学校也建议我开设一门研究生课程‘核磁共振在化学中的应用’,教学相长,让我对于NMR有了更深一层的认识。多年下来,对NMR越来越喜爱,慢慢的工作重点也由有机化学转向了NMR”。

开风气之先,积极倡导NMR开放给学生操作

  从上研究生开始接触NMR,到现在30多年的时间过去了,对于自己为NMR发展所做的贡献,林崇熙津津乐道的是——开风气之先,在中国积极倡导NMR开放给学生操作。

  “这种新政策的阻力非常大,多数领导们怕损坏了如此贵重的仪器。在我的坚持与劝导下,才试验性、循序渐进的实施了这个开放方案,我们首先培训几位老师,之后逐渐扩大到博士生、硕士生,乃至本科生。并且,十多年间,许多国内学校陆续来观摩请教仿效开放。”

  “核磁共振谱仪开放给学生操作在美国与台湾是很平凡普遍的现象. 可以说,我是把国外的科研经验坚持在国内推广成行. 这个作法在某种程度也为这几年国内化学界科研进展的效率做了一定的贡献,”林崇熙说道,“北大化学学院本科生接受培训、能够上机操作,充分熟悉了NMR的各种检测方法,高效应用该技术,他们出国留学时表现良好,获得了国外许多化学系老师的欣赏,也算是为国争光了。”

  林崇熙还参与创办了氘代试剂研发与生产公司,使氘代试剂昂贵的价格平民化。“目前我们是国内惟一生产氘代试剂的公司,十年来使得进口氘代试剂的价格大幅度降低,算是为国内NMR或化学界在经费节省以及科研效率方面做出的另一个具体贡献吧。”

“超导磁体将场强增到200 MHz以上,是NMR发展过程中的重大革命”

  NMR的发展历程,可以追溯到 1920 年代发现电子以及质子磁矩、1953年美国 Varian公司生产出第一台商用NMR-- Varian-30 MHz。这几十年来,200 MHz以上超导NMR只有Varian(现在的Agilent)、Bruker、Jeol这三家公司在生产与销售。磁体的发展历程经历了早期永久磁体(小于60 MHz),到电磁体 (60、80、120MHz),再到超导磁体(200-600、700、800、850、900、950、1000̷̷ MHz)。

  “600 MHz之后,磁场强度的增加速度就慢了下来。2009年Bruker公司在巴黎推出了1000 MHz NMR之后,迄今没有更高磁体推出的报道。超导磁体使用超导材料,将磁场增强到200 MHz以上,算是NMR发展过程中的一个崭新的科技革命,”林崇熙认为,“200-600 MHz磁体的发展顺利而迅速。其中,400 MHz NMR可以完全满足化学方面的各种检测与研究工作;600 MHz NMR基本上可以满足蛋白质大分子的检测。”

  据林崇熙介绍,探头技术这几年有明显的改进、增强,让NMR多彩多姿的检测技术成为现实。另外,目前探头的调谐许多都已经自动化,可以轻易的用来检测各种核素。相关软件的开发成就也是有目共睹的,数十种知名的检测技术都成为事实。另外,谱图处理的软件也是推陈出新,除了谱仪自身的操作软件外,出现了许多商用软件,让谱图解析更为方便。NMR的联网、进样等系统,也都有明显的改良。

“许多精彩奇妙的应用功能,会逐渐成为NMR未来热点”

  NMR 在判断化合物的分子结构上是极强而有用的工具,是有机四大谱(紫外光谱、红外光谱、质谱、NMR)中最有力、能给出最丰富信息的仪器,可以解决其他仪器无法辨别的同分异构物结构等难题。

  然而,NMR鉴定化合物的结构只是它应用功能之一,只占1/10左右。除了有机化学专业外,在无机化学、分析化学、物理化学等各个领域,NMR都有许多更为精彩的应用。

  如,在探讨反应机理方面,可使用到NMR的高温动力学或低温中间体捕获检测技术;在立体构型化合物方面,NMR可以检测手性化合物;络合物方面,NMR可以快速判断是否和某金属离子络合、判定络合位点以及配位数;在物理化学方面的应用更多,NMR可以研究分子间的作用力,包括氢键的形成与位点;还有很奇特的弛豫 T1与 T2 的检测以及应用;另外,在混合物指纹谱的检测应用方面,NMR存在强大的信息预测功能,将是未来应用的热点。

  “当前国内NMR应用研究的风气还不是很兴盛,主要是因为NMR价格昂贵,懂得灵活应用的课题组或人员有限,缺乏交流风气与氛围,”林崇熙说,“国内目前大约有1300台左右NMR,近年来每年约增加100 台,增长的速度平稳快速。展望未来,中国二十年内将有可能拥有3000–5000台NMR。随着NMR数量的逐渐增加,许多科研工作都会有一番新气象。”

“中国国产仪器公司已经成功改造了20多台NMR”

  2006年,由中科院武汉物理与数学研究所主导,联合厦门大学与华东师范大学共同承担了科技部“300MHz~500MHz核磁共振波谱仪的研制”课题。2010年5月完成首期2台500MHz核磁共振谱仪的研发生产(拨款2000万元)。

  2011年10月,第二期也已经开展,科技部继续拨款2200万元,计划进行5台500 MHz与1台600 MHz NMR的研发,并且计划升级改造20台200-500 MHz NMR。

  “该项目进展顺利,一些相关技术逐渐成熟。遗憾的是目前关键的磁体与探头仍然仰赖进口,国家正在鼓励中科院电工所以及大连金山核磁共振公司进行自主研发、生产,”林崇熙介绍到,“中国在2012年左右开始进行国产NMR的生产、销售,主要在保有旧谱仪的磁体与探头情况之下,进行‘升级改造’,目前已经成功改造了20多台NMR。国产NMR现在进入市场,正逢其时,算是赶上了历史脚步。”

  采访最后,林崇熙信心满满地说到,“我对 NMR 的未来前景非常看好,NMR目前虽然不如色谱、光谱、质谱‘热’,但是未来绝对是关注的焦点。”

  采访编辑:刘丰秋

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  • 林老师平易近人啊
    05月25日 11:46:45
  • 不樂觀
    05月20日 11:25:17

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