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EPR与自由基捕获实验

  • 电子小E
    2018/09/04
  • 私聊

顺磁共振技术(EPR)

  • 先说说什么是自旋捕获吧,EPR是一种波谱学仪器,它是检测未成对电子的一种波谱学方法,自由基即是带有未成对电子的体系。但是既然是仪器,就有其特定的检测限,这个限一个限在样品量,另一个就是时间。样品量的限度不同型号有不同的最低检测限,Bruker的通常在10的9次方量级,基本上可达nMol量级吧,但是这个量级是样品中同一时刻(即检测时刻)的未成对电子量。而检测时间,对于扫场实验来说,一般是在分钟量级,即样品中的未成对电子的寿命起码要在分钟量级。
    问题就来了,很多氧化性很强的自由基,比如羟基、超氧、碳中心自由基等,它们化学性质都非常活泼,所以同一时刻的寿命会非常短,分钟量级的时间检测限,根本测不到它们的信号。为了实现检测,人们找到了一种自旋捕获剂的化学分子,它们会与这些寿命短的自由基结合,生成一种寿命较长的自旋加合物(spin adduct),加合物的寿命通常在10分钟到2小时不等。

    商用捕获剂通常有几种,最常见的是PBN和DMPO,PBN由于其自旋加合物谱图没有特异性,因此多用来定量,但是其耐高温,可以接受一定程度的光照。与之对应的DMPO,其谱图具有很好的特异性,因此多用来定性和定量,但是DMPO不能承受高温,有个别用户研究发现,其UV光照也易分解。
    这两种捕获剂呢都可以从很多商业平台购买,但是通常买来的是纯的(DMPO一般在两千多1ml吧),不纯的会便宜很多,但是需要用户自行再提纯一次。
    通常一个捕获剂分子能捕获一个分子的自由基基团,不能重复利用,因此需要用户自行对自己体系中可能产生的自由基量进行估计,然后DMPO的加入量需要在自由基量的50-100倍的浓度(以防漏掉一些自由基,以及考虑到反应效率的问题)。
    新购置的DMPO,用户可以根据自己平时需要的浓度进行初步的稀释,稀释之后平均分成10份或20份,然后每一小份进行除氧处理,之后密封好放入-20摄氏度的冰箱中保存。每次实验使用时,拿出一小份,一次用完,如果用不完,没有污染的情况下,可以考虑再次除氧之后密封保存(建议是小份的量可以做到一次用完,接触氧之后,容易变质,不易再长期保存)。然后先把样品反应物中的一样处理好,之后加入DMPO,再然后加入第二反应物。即有一个要点:在反应开始之前把DMPO加入!
    至于DMPO的浓度,需要根据不同的反应,评估生成自由基的量,再根据这个量评估DMPO需要加入的量。
    加入第二反应物之后,尽快取样,进行EPR测量!
    通常用仪器默认的参数即可测到这些捕获后的自旋加合物的信号,如果一时测不到,可以考虑二维时间实验,等待一段时间,即给体系一些反应时间,让DMPO与自由基充分反应,累积一定的加合物的量之后再进行EPR检测。当然,如果不放心就做二维实验,一般都不会有太大的问题。
    得到初始信号之后,再进行EPR实验参数优化,调整功率及调制幅度,达到最优,不过,一般文献中DMPO-羟基都是用10dB,即20mW.
    关于参数优化,将会在EPR实验中再详细讲述。
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