EPR测试自由基的常见问题

1. 坐标与换算：

横坐标一般有三种：1.B，单位为mT；2.Magnetic Field，单位为Gauss或G；3.g value。

换算关系：1mT = 10G

g value = hv/bB = 714.47v(GHz)/B(Gauss)

纵坐标一般都是强度，a.u.

2. 线型、线宽

3. EPR测试常见自由基以及分析方法

电子顺磁共振技术（EPR）可以检测光催化剂生成羟基自由基（•OH）、超氧自由基（O^2-•）、单线态氧（¹O₂）等自由基。一般都是在液体中检测它们。

EPR测试自由基的捕获剂以及测试方法

自由基	捕获剂	溶剂	浓度
羟基自由基	DMPO	H₂O	100 mM
超氧自由基	DMPO	甲醇或DMSO	100 mM
超氧自由基	BMPO	H₂O	25 mM
单线态氧	TEMP	H₂O	100 mM
HCOO^–和硼基自由基	PBN	H₂O	80 mM

DMPO捕获超氧自由基在测试前鼓氧1-2min;BMPO在水体系中可同时捕获羟基自由基和超氧自由基但信号很难区分;PBN捕获硼基自由基，测试前溶液充氯(时间视反应而定)。捕获剂现配现用，打光前加入。

自由基的EPR谱图主要看峰的个数、线宽、Nβ、Hβ、A_Nβ和A_Hβ。

常见自由基的峰形和线宽、Nβ、Hβ、A_Nβ和A_Hβ。将测试的峰的参数和标准图谱比对。

4. 一般仪器测试参数设置

中心磁场3500.00 G；扫场宽度为150.00 G；扫场时间为30.00 s；微波功率为3.99 mW；调制幅度为1.000 G；转换时间为40.0 ms。

5. 在水中测试自由基，信号可能会重叠的有哪几种

羟基自由基（·OH）、超氧自由基（O₂·⁻）、过氧化氢自由基（·OOH）、硫酸根自由基（SO₄·^2-）四种自由基的信号可能会重叠，特别是某一个自由基信号特别强的时候，其他信号可能会被完全淹没消失。前两者在水中基本很难测到，受羟基自由基影响较大。

6. 为什么在水中很难测到超氧自由基和过氧化氢自由基的EPR信号

在水溶液中，羟基自由基（·OH）也具有很高的反应性，可能与超氧自由基发生反应，生成过氧化氢（H₂O₂）等物质。此外，羟基自由基与常用的捕获剂（如DMPO）形成的加合物在EPR谱图中可能与超氧自由基的信号重叠，导致难以区分。

7. 超氧自由基、过氧化氢自由基适合测试的溶剂是？

甲醇和二甲亚砜

8. EPR自由基信号通过什么模拟？

量子化学计算：

软件工具：使用量子化学计算软件，如Gaussian、ORCA等，进行分子轨道计算，获取自由基的电子结构信息。

基组选择：选择适当的基组，如EPR-N系列基组，以准确描述核处的电子密度。

计算步骤：进行自洽场（SCF）计算，获取分子轨道能级和电子密度分布。

超精细耦合常数的计算：

自旋密度分析：通过量子化学计算，分析自由基中未成对电子的自旋密度分布。

耦合常数计算：根据自旋密度与核的相互作用，计算超精细耦合常数（A值），这对于模拟EPR谱图至关重要。

谱图模拟：

模拟工具：使用EPR谱图模拟软件，如EasySpin（结合MATLAB使用）或Biomolecular EPR Spectroscopy Software等，输入计算得到的参数进行谱图模拟。

参数输入：输入g因子、超精细耦合常数、线宽等参数，模拟自由基的EPR谱图。

结果分析：比较模拟结果与实验数据，验证计算模型的准确性。

9. TEMP（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物）用于捕捉单线态氧（¹O₂）

溶剂选择：

水溶液： TEMP在水中具有良好的溶解性，适用于水相体系的实验。

有机溶剂：对于有机溶剂体系，需确保TEMP的溶解度，并考虑溶剂对单线态氧寿命的影响。

pH值调节：

缓冲溶液：使用适当的缓冲溶液（如PBS缓冲液，pH 7.5）以维持稳定的pH环境，防止pH变化对实验结果的干扰。

TEMP浓度：

浓度范围：TEMP的浓度通常在100 mM左右。

10. 低温测试液体中自由基EPR信号会更好吗？

低温对EPR信号的影响：

信号增强：低温通常会降低分子运动速率，减少分子间的碰撞频率，从而减少弛豫过程的速率，导致谱线变窄，信号增强。

溶剂冻结：过低的温度可能导致溶剂冻结，影响样品的流动性和均匀性，进而影响EPR测量的准确性。

高温对EPR信号的影响：

信号减弱：高温会增加分子运动速率，导致弛豫过程加快，谱线变宽，信号减弱。

捕获剂降解：高温可能导致自由基捕获剂的降解或反应，影响实验结果的可靠性。

实验建议：

温度控制：在进行EPR实验时，应根据样品和实验目的选择适当的温度范围。

溶剂选择：选择适合实验温度范围的溶剂，以避免溶剂冻结或降解。

捕获剂稳定性：确保所用自由基捕获剂在实验温度下具有良好的稳定性。

11. 如果EPR谱图中多种自由基信号重叠，如果有可能用软件解谱，该怎么做？

如果是比较简单的重叠谱，例如仅仅是两种信号或者很清晰就可以对比出来，那么就可以直接判断了。

如果属实复杂，那么就需要选择拟合软件，如EasySpin、SpinFit、Matlab等进行谱图拟合：

选择拟合函数：根据谱线的形状，选择适当的拟合函数，如高斯函数、洛伦兹函数或其组合。

设置初始参数：根据实验数据，设置拟合的初始参数，包括g因子、超精细耦合常数、谱线宽度等。

执行拟合：使用软件进行拟合，调整参数以最小化拟合曲线与实验数据之间的差异。

12. EPR测试液体光催化系统自由基的光照时间长短问题?

这是一个很复杂的问题，属性和光照强度一样，时间短了，信号弱，时间长了，可能连捕获剂都参与反应了，也会导致信号变弱。光强太弱，信号弱，强了会导致捕获剂变质也会导致信号弱。不同体系的反应模式、反应性、捕获剂量都是不太一样的，光照时间需要预先先摸条件。

实验设计建议：

光照前后对比：在进行EPR测试时，建议分别在光照前和光照后采集谱图，以比较自由基的生成和消失情况。

多时间点采样：为监测自由基浓度随时间的变化，可在不同的光照时间点采集EPR谱图，观察信号强度的动态变化。

捕获剂浓度的使用：使用不同浓度的自由基捕获剂测试摸索最佳捕获剂浓度，浓度低会导致信号太弱。

END

仅供参考，EPR是一个争议性比较大的测试手段，在分析时要明辨。

本文源自微信公众号：材料er

原文标题：《EPR测试自由基的常见问题》

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/blsDU6ap34MuCqCwJnpWPg

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EPR测试自由基的常见问题

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测试表征—华算科技

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