如何检测短寿命自由基? 自旋捕获电子顺磁共振方法介绍(二)
发布时间:2023-01-18 09:47:47阅读次数:102 推荐产品: X波段连续波电子顺磁共振波谱仪   台式电子顺磁共振波谱仪   X波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪  

自旋捕获技术因其可实现短寿命自由基的检测,已在生物、化学等领域得到广泛应用。对于自旋捕获实验,捕获剂加入的时间、捕获剂浓度、体系溶剂、体系pH等诸多因素均会影响实验结果。因此针对不同的自由基,需合理选择捕获剂、合理设计实验方案,从而达到最佳实验结果。

 

 

捕获剂及溶剂选择

 

常见的O-中心自由基有羟基自由基、超氧阴离子自由基、单线态氧。

 

· 羟基自由基(∙OH)

 

对于羟基自由基,通常在水溶液中进行检测,使用DMPO进行捕获,其与DMPO形成的加成物半衰期为几分钟至数十分钟。

 

· 超氧阴离子自由基(∙O2-)

 

对于超氧阴离子自由基,若选择DMPO作为捕获剂,则需要在甲醇体系中进行检测。这是因为水和DMPO的结合能力高于超氧自由基与DMPO的结合能力,如果在水中检测超氧自由基,水跟DMPO的结合速度会大于超氧自由基与DMPO的结合速度,从而导致超氧自由基不容易被捕获到。当然,如果超氧自由基的产生量很多,也可能会被DMPO捕获。如果想在水溶液中捕获超氧自由基,则需要选择BMPO作为捕获剂,因为BMPO在水溶液中捕获超氧自由基形成的加成物半衰期可到数分钟。

 

· 单线态(1O2

 

对于单线态氧检测,通常选用TEMP作为捕获剂,其检测原理如图1所示,单线态氧可将TEMP氧化,形成含有单电子的TEMPO自由基,从而被电子顺磁共振波谱仪检测。由于TEMP易被氧化,易产生背景信号,因此检测单线态氧之前需先对TEMP进行测试,作为对照实验。

 

图1 TEMP检测单线态氧的机理

 

表1常见的O-中心自由基检测捕获剂及溶剂选择

 

 

捕获剂的加入时间

 

在光催化反应中,当光照射催化剂时,价带电子会激发到导带上,产生电子/空穴对。其中,光生空穴具有强的得电子能力,可以夺取催化剂表面吸附的水或羟基,从而生成∙OH。这类实验一般需要在光照前加入捕获剂,结合原位光照系统,可以研究自由基信号随光照时间的变化,如图2所示,随着光照时间的不同,生成的∙OH含量不同。

 

图2 国仪量子原位光照实验结果

 

在升温反应中,如果反应温度低于捕获剂的耐受温度,则可在反应前加入捕获剂。如果反应温度高于捕获剂的耐受温度,则需在反应后加入捕获剂迅速取样。

 

 

自由基检测及注意事项

 

(1)DMPO捕获自由基形成的加合物寿命一般较短,对于生成速率慢且需要长时间积累的化学反应,可选用BMPO作为捕获剂,如BMPO与∙OH形成的加成产物寿命可达数日,因此可连续捕获,对信号进行累积。

 

(2)DMPO作为捕获剂时,在不同的氧化环境中其自身会发生重组或分解。此时可通过降低催化剂浓度、改变体系pH、快速取样测试等方法避免。

 

图3 不同环境中DMPO自氧化产物的EPR谱

(数据由国仪量子EPR系列产品测试)

 

(3)为了准确判断生成的自由基种类,可通过化学手段消除自由基,从而对结果进行二次验证。如对于∙OH,乙醇、DMSO等都是∙OH的清除剂,可加入这些清除剂,从而对∙OH进行进一步验证。如图4所示,加入乙醇后,∙OH信号强度变低,出现CH3∙CHOH信号。对于超氧阴离子自由基,可通过加入超氧化物歧化酶(SOD)进行二次验证。

 

图4 使用乙醇清除∙OH进行二次验证

(数据由国仪量子EPR系列产品测试所得)

 

 

国仪量子连续波电子顺磁共振波谱仪

 

国仪量子电子顺磁共振波谱仪搭配原位光照系统、高/低温系统、电化学系统,可用于研究各类顺磁性分子,比如有机自由基、金属配合物、掺杂材料、缺陷材料、金属蛋白等,可满足多场景自由基检测需求。

 

国仪量子EPR系列

 

 

扫码填问卷

如有真实需求可获取精美礼品