自旋捕獲技術(shù)因其可實現(xiàn)短壽命自由基的檢測，已在生物、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對于自旋捕獲實驗，捕獲劑加入的時間、捕獲劑濃度、體系溶劑、體系pH等諸多因素均會影響實驗結(jié)果。因此針對不同的自由基，需合理選擇捕獲劑、合理設(shè)計實驗方案，從而達到較佳實驗結(jié)果。 捕獲劑及溶劑選擇 常見的O-中心自由基有羥基自由基、超氧陰離子自由基、單線態(tài)氧。 ·羥基自由基（?OH） 對于羥基自由基，通常在水溶液中進行檢測，使用DMPO進行捕獲，其與DMPO形成的加成物半衰期為幾分鐘至數(shù)十分鐘。 ·超氧陰離子自由基（?O2-） 對于超氧陰離子自由基，若選擇DMPO作為捕獲劑，則需要在甲醇體系中進行檢測。這是因為水和DMPO的結(jié)合能力高于超氧自由基與DMPO的結(jié)合能力，如果在水中檢測超氧自由基，水跟DMPO的結(jié)合速度會大于超氧自由基與DMPO的結(jié)合速度，從而導(dǎo)致超氧自由基不容易被捕獲到。當(dāng)然，如果超氧自由基的產(chǎn)生量很多，也可能會被DMPO捕獲。如果想在水溶液中捕獲超氧自由基，則需要選擇BMPO作為捕獲劑，因為BMPO在水溶液中捕獲超氧自由基形成的加成物半衰期可到數(shù)分鐘。 ·單線態(tài)（1O2） 對于單線態(tài)氧檢測，通常選用TEMP作為捕獲劑，其檢測原理如圖1所示，單線態(tài)氧可將TEMP氧化，形成含有單電子的TEMPO自由基，從而被電子順磁共振波譜儀檢測。由于TEMP易被氧化，易產(chǎn)生背景信號，因此檢測單線態(tài)氧之前需先對TEMP進行測試，作為對照實驗。 圖1 TEMP檢測單線態(tài)氧的機理 表1常見的O-中心自由基檢測捕獲劑及溶劑選擇 捕獲劑的加入時間 在光催化反應(yīng)中，當(dāng)光照射催化劑時，價帶電子會激發(fā)到導(dǎo)帶上，產(chǎn)生電子/空穴對。其中，光生空穴具有強的得電子能力，可以奪取催化劑表面吸附的水或羥基，從而生成?OH。這類實驗一般需要在光照前加入捕獲劑，結(jié)合原位光照系統(tǒng)，可以研究自由基信號隨光照時間的變化，如圖2所示，隨著光照時間的不同，生成的?OH含量不同。 圖2 國儀量子原位光照實驗結(jié)果 在升溫反應(yīng)中，如果反應(yīng)溫度低于捕獲劑的耐受溫度，則可在反應(yīng)前加入捕獲劑。如果反應(yīng)溫度高于捕獲劑的耐受溫度，則需在反應(yīng)后加入捕獲劑迅速取樣。 自由基檢測及注意事項 （1）DMPO捕獲自由基形成的加合物壽命一般較短，對于生成速率慢且需要長時間積累的化學(xué)反應(yīng)，可選用BMPO作為捕獲劑，如BMPO與?OH形成的加成產(chǎn)物壽命可達數(shù)日，因此可連續(xù)捕獲，對信號進行累積。 （2）DMPO作為捕獲劑時，在不同的氧化環(huán)境中其自身會發(fā)生重組或分解。此時可通過降低催化劑濃度、改變體系pH、快速取樣測試等方法避免。 圖3 不同環(huán)境中DMPO自氧化產(chǎn)物的EPR譜 （數(shù)據(jù)由國儀量子EPR系列產(chǎn)品測試） （3）為了準(zhǔn)確判斷生成的自由基種類，可通過化學(xué)手段消除自由基，從而對結(jié)果進行二次驗證。如對于?OH，乙醇、DMSO等都是?OH的清除劑，可加入這些清除劑，從而對?OH進行進一步驗證。如圖4所示，加入乙醇后，?OH信號強度變低，出現(xiàn)CH3?CHOH信號。對于超氧陰離子自由基，可通過加入超氧化物歧化酶（SOD）進行二次驗證。 圖4 使用乙醇清除?OH進行二次驗證 （數(shù)據(jù)由國儀量子EPR系列產(chǎn)品測試所得） 國儀量子連續(xù)波電子順磁共振波譜儀 國儀量子電子順磁共振波譜儀搭配原位光照系統(tǒng)、高/低溫系統(tǒng)、電化學(xué)系統(tǒng)，可用于研究各類順磁性分子，比如有機自由基、金屬配合物、摻雜材料、缺陷材料、金屬蛋白等，可滿足多場景自由基檢測需求。