ESR在检测环境持久性自由基（EPFRs）的相关应用

哈喽，大家好！准备了这么久，我们束蕴仪器的ESR小课堂终于在今天和大家见面了。我们束蕴仪器的ESR小课堂将在以后持续不断地分享电子顺磁共振波谱（ESR/EPR）相关知识和前言应用的文章。今天，我们先来分享一下环境持久性自由基（EPFRs)的相关知识以及ESR在检测环境持久性自由基（EPFRs)的相关应用。

一、环境持久性自由基（EPFRs) 是什么？

环境持久性自由基(environmental persistent free radicals，EPFRs)是一类新型的环境风险物质，它是相对传统关注的短寿命自由基而提出的。EPFRs是指在环境中存在数十分钟到到几十天，具有顺磁稳定性，可诱发生物系统的氧化应激反应，引起细胞和机体损伤，进而引发疾病的产生，是癌症诱因之一。

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

EPFRs广泛存在于各种环境介质中，如大气颗粒物(如PM2.5)、石油焦炭、木材和塑料以及煤炭的燃烧颗粒物、垃圾焚烧飞灰以及生物炭。另外在有机污染土壤以及负载有机物的金属纳米颗粒中也发现了EPFRs。

二、电子自旋共振法（ESR/EPR）

近年来，电子自旋共振法（ESR/EPR）因其在检测含有未成对电子的顺磁性物质方面具有最直接、最灵敏；无需复杂的前处理，可原位且无损测定；可进行定性和定量研究等优点已经在化学化工、物理学、材料学、生物与医学、环境学、食品、环境、工业、石油化学、矿物学和年代学等多个领域受到了广泛关注。

电子顺磁共振波谱仪（ESR/EPR）的研究对象包括以下几类：

? 自由基(free radical)：在分子中含有一个未成对电子的物质，如二苯基苦基肼基（DPPH）和三苯甲基自由基。

? 双基（biradical）或多基（polyradical）：在一个分子中含有两个或两个以上未成对电子的化合物，但它们的未成对电子相距较远，相互作用较弱。

? 三重态分子（triplet molecule）：这种化合物的分子轨道中含有两个未成对电子，但与双基不同的是，两个未成对电子相距很近，彼此之间有很强的相互作用，如氧分子(3O2)。它们可以是基态（基态三重态：如基态的分子氧）或者激发态（激发三重态）。

? 过渡金属离子和稀土离子：这类分子在原子轨道中出现未成对电子，如Ti3+ (3d1) ，V4+ (3d1) ，Mn2+(3d5)，Fe2+和Cu2+等。

? 固体中的晶格缺陷：一个或多个电子或空穴陷落在缺陷中或其附近，形成一个有单电子的物质。如面心和体心等。

? 具有奇数电子的原子和含有单电子的分子：如氢、氮、碱金属原子。

? 此外，对于有些不能直接用电子顺磁共振法进行检测的非顺磁性物质，例如单态氧分子(1O2)等，可以采用自旋标记（Spin Labelling）法。

三、电子自旋共振法（ESR/EPR）在环境持久性自由基中的应用

（1）分析PM颗粒中的自由基成份

ROOH → RO· + ·OH

ROOH + Fe2+ → RO· + OH- + Fe3+

ROOH + Fe2+ → RO- + ·OH + Fe3+

（2）EPR研究北京雾霾期间的空气中的大气颗粒物PM样本：

EPR研究了不同PM粒径颗粒中的EPFRs，并将其鉴定为半醌自由基:

（3）EPR研究美国有毒废物堆场污染清除基金选定场址的土壤样本：

四、电子自旋共振法（ESR/EPR）的应用方向

01

教学和科研

02

工业

今日重点

环境持久性自由基(environmental persistent free radicals，EPFRs)：是一类新型的环境风险物质，它是相对传统关注的短寿命自由基而提出的。EPFRs是指在环境中存在数十分钟到到几十天，具有顺磁稳定性，可诱发生物系统的氧化应激反应，引起细胞和机体损伤，进而引发疾病的产生，是癌症诱因之一。

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