ESR應用丨在檢測環(huán)境持久性自由基中的作用

一、環(huán)境持久性自由基（EPFRs) 是什么？

環(huán)境持久性自由基(environmental persistent free radicals，EPFRs)是一類(lèi)新型的環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)，它是相對傳統關(guān)注的短壽命自由基而提出的。EPFRs是指在環(huán)境中存在數十分鐘到到幾十天，具有順磁穩定性，可誘發(fā)生物系統的氧化應激反應，引起細胞和機體損傷，進(jìn)而引發(fā)疾病的產(chǎn)生，是癌癥誘因之一。

EPFRs包括半醌自由基(semiquinone-type PFRs)、苯氧基自由基、環(huán)戊二烯自由基等。

EPFRs廣泛存在于各種環(huán)境介質(zhì)中，如大氣顆粒物(如PM2.5)、石油焦炭、木材和塑料以及煤炭的燃燒顆粒物、垃圾焚燒飛灰以及生物炭。另外在有機污染土壤以及負載有機物的金屬納米顆粒中也發(fā)現了EPFRs。

二、電子自旋共振法（ESR/EPR）

近年來(lái)，電子自旋共振法（ESR/EPR）因其在檢測含有未成對電子的順磁性物質(zhì)方面具有直接、；無(wú)需復雜的前處理，可原位且無(wú)損測定；可進(jìn)行定性和定量研究等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在化學(xué)化工、物理學(xué)、材料學(xué)、生物與醫學(xué)、環(huán)境學(xué)、食品、環(huán)境、工業(yè)、石油化學(xué)、礦物學(xué)和年代學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

電子順磁共振波譜儀（ESR/EPR）的研究對象包括以下幾類(lèi)：

• 自由基(free radical)：在分子中含有一個(gè)未成對電子的物質(zhì)，如二苯基苦基肼基（DPPH）和三苯甲基自由基。

• 雙基（biradical）或多基（polyradical）：在一個(gè)分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上未成對電子的化合物，但它們的未成對電子相距較遠，相互作用較弱。

• 三重態(tài)分子（triplet molecule）：這種化合物的分子軌道中含有兩個(gè)未成對電子，但與雙基不同的是，兩個(gè)未成對電子相距很近，彼此之間有很強的相互作用，如氧分子(³O₂)。它們可以是基態(tài)（基態(tài)三重態(tài)：如基態(tài)的分子氧）或者激發(fā)態(tài)（激發(fā)三重態(tài)）。

• 過(guò)渡金屬離子和稀土離子：這類(lèi)分子在原子軌道中出現未成對電子，如Ti³⁺ (3d¹) ，V⁴⁺ (3d¹) ，Mn²⁺(3d⁵)，Fe²⁺和Cu²⁺等。

• 固體中的晶格缺陷：一個(gè)或多個(gè)電子或空穴陷落在缺陷中或其附近，形成一個(gè)有單電子的物質(zhì)。如面心和體心等。

• 具有奇數電子的原子和含有單電子的分子：如氫、氮、堿金屬原子。

• 此外，對于有些不能直接用電子順磁共振法進(jìn)行檢測的非順磁性物質(zhì)，例如單態(tài)氧分子(¹O₂)等，可以采用自旋標記（Spin Labelling）法。

三、電子自旋共振法（ESR/EPR）在環(huán)境持久性自由基中的應用

（1）分析PM顆粒中的自由基成份

EPR能觀(guān)測SOA和礦物性粉塵的水溶液中具有毒性的O-中心及C-中心自由基類(lèi)物質(zhì).

自由基的形成是源于氫過(guò)氧化物有機物（ROOH）的分解，這些分解通常是通過(guò)均裂或芬頓類(lèi)反應產(chǎn)生:

ROOH → RO· + ·OHROOH + Fe²⁺ → RO· + OH^- + Fe³⁺  ROOH + Fe²⁺ → RO^- + ·OH + Fe³⁺

（2）EPR研究北京霧霾期間的空氣中的大氣顆粒物PM樣本：

            EPR研究了不同PM粒徑顆粒中的EPFRs，并將其鑒定為半醌自由基:

EPR研究了不同PM粒徑顆粒中的EPFRs，并將其鑒定為半醌自由基:

EPR實(shí)驗數據結果表明，在顆粒粒徑d_ae< 1 µm 時(shí)，EPFRs的含量是多的，可以說(shuō)顆粒的主要成份就是EPFRs，同時(shí)這種粒徑小的顆粒也是危害性的.

對EPFRs的日常監控結果顯示出環(huán)境中EPFRs的變化，這也顯示著(zhù)EPFRs對人類(lèi)健康的長(cháng)期影響.

（3）EPR研究美國有毒廢物堆場(chǎng)污染清除基金選定場(chǎng)址的土壤樣本：

美國有毒廢物堆場(chǎng)都是一些被嚴重污染的地區，這些地區需要制定長(cháng)期的清潔有毒污染物的方案.

紅色標記的區域是當前政府會(huì )優(yōu)先考慮清潔的區域，黃色是已經(jīng)遞交清潔方案的區域，綠色則代表已經(jīng)清潔過(guò)的場(chǎng)址區域.

EPR能觀(guān)測這些土壤樣本里面含有持久性自由基及過(guò)渡金屬（如Mn²⁺）.

注：如果您我們束蘊儀器公眾號分享的這些案例感興趣，或者想對這篇文章中的電子順磁共振波譜（ESR/EPR）測試方法感興趣，歡迎點(diǎn)擊“閱讀原文”留言來(lái)留下，我們電子順磁共振波譜的應用工程師將非常樂(lè )于為您提供優(yōu)質(zhì)的解答服務(wù)。此外，本司有便攜式的micro ESR順磁共振波譜儀的樣機，歡迎各位老師們聯(lián)系預約樣機做demo演示服務(wù)。

四、電子自旋共振法（ESR/EPR）的應用方向

01教學(xué)和科研

催化（光催化、電催化、催化劑改性）：光生電子和空穴中心的鑒定催化劑中半導體過(guò)渡金屬離子摻雜和表面修飾對催化性能的影響；光催化產(chǎn)生的活性自由基的定性和定量檢測（在污水處理領(lǐng)域中，使用高級氧化技術(shù)—芬頓/光芬頓等產(chǎn)生的羥基自由基）.

環(huán)境污染物檢測：多環(huán)芳烴的測定；大氣顆粒物(如PM2.5)、石油焦炭、煤炭的燃燒顆粒物、垃圾焚燒飛灰、生物炭、有機污染土壤、載有機物的金屬納米顆粒等中環(huán)境持久性自由基( EPFRs)檢測；大氣中過(guò)氧自由基和硝酸根自由基的測定.

材料摻雜：催化材料改性、材料摻雜、晶格缺陷.

ROS活性氧：炎癥反應、腫瘤物的藥理學(xué)研究.

定年：采用石英熱活化電子自旋共振(ESR)測年.

教學(xué)：11種不同EPR實(shí)驗設計直觀(guān)介紹EPR波譜學(xué)的基本理論與實(shí)踐（包括EPR 波譜學(xué)介紹、常見(jiàn)樣品信號、對油脂氧化進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和定量分析等）；與課堂教學(xué)配套的教師及學(xué)生使用手冊；由入門(mén)至專(zhuān)業(yè)的教學(xué)套裝.

工業(yè)

食品及飲料的氧化/抗氧化：啤酒、食用油及飲料(例如，茶、酒、咖啡等)的保質(zhì)期分析（貨架期、保鮮）和抗氧化性能測定.

輻照食品劑量檢測：含有纖維素和骨骼食品中的輻照殘留劑量的快速可靠檢測，擁有歐盟標準.

丙氨酸劑量計：長(cháng)期監控輻射劑量(20Gy to 200kG)，檢測材料的防輻射性能.

聚合物工業(yè)：熱退火期間聚合物中自由基重組程度的確定；聚合物老化；涂料性能；輻照損傷 .

今日重點(diǎn)

環(huán)境持久性自由基(environmental persistent free radicals，EPFRs)：是一類(lèi)新型的環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)，它是相對傳統關(guān)注的短壽命自由基而提出的。EPFRs是指在環(huán)境中存在數十分鐘到到幾十天，具有順磁穩定性，可誘發(fā)生物系統的氧化應激反應，引起細胞和機體損傷，進(jìn)而引發(fā)疾病的產(chǎn)生，是癌癥誘因之一。ESR應用丨在檢測環(huán)境持久性自由基中的作用

免責說(shuō)明

>>>> 束蘊儀器公眾號所發(fā)布內容（含圖片）來(lái)源網(wǎng)上文章原作者的已發(fā)表文章或互聯(lián)網(wǎng)轉載，文章版權、數據及所述觀(guān)點(diǎn)歸原作者及原出處所有。束蘊儀器公眾號發(fā)布及轉載目的在于傳遞更多信息，以供讀者閱讀、自行參考及評述，并不代表本公眾號贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責。如果您認為本文存在任何侵權之處，請與我們取得聯(lián)系，我們會(huì )及時(shí)進(jìn)行處理。ESR應用丨在檢測環(huán)境持久性自由基中的作用