電子順磁共振波譜技術應用及進展

電子順磁共振（EPR）波譜技術是現代高新技術材料的性能測試手段之一，電子順磁共振一項檢測具有未成對電子樣品的波譜方法，是彌補其他分析手段的理想技術。即使是在進行的化學和物理反應中，電子順磁共振也能獲得有意義的物質結構信息和動態信息，且不影響反應進程。目前電子順磁共振已在物理學、化學、生物學、生物化學、醫學、環境科學、地質探礦等許多領域得到廣泛應用。

自從1945年前蘇聯科學家Zavoisky在固體中觀察到電子順磁共振這一奇妙的物理現象以來，電子順磁共振波譜學已經經歷了60多年漫長的發展歷程，EPR的基本理論、實驗技術和實驗方法迅速發展，應用也進一步拓寬。目前電子順磁共振是直接研究和檢測順磁性物質的最靈敏和有效的方法。對于以下含有未成對電子或順磁性物質，都可以進行檢測：①自由基：在分子中含有一個未成對電子的物質，如二苯基苦基肼基（DPPH）和三苯甲基自由基。②雙基或多基：在一個分子中含有兩個或兩個以上未成對電子的化合物，但它們的未成對電子相距較遠，相互作用較弱。③三重態分子：這種化合物的分子軌道中含有兩個未成對電子，但與雙基不同的是，兩個未成對電子相距很近，彼此之間有很強的相互作用，如氧分子。④過渡金屬離子和稀土離子：這類分子在原子軌道中出現未成對電子，如Ti3+，V3+，Mn2+，Fe2+和Cu2+等。⑤固體中的晶格缺陷，一個或多個電子或空穴陷落在缺陷中或其附近，形成一個有單電子的物質。⑥具有奇數電子的原子和含有單電子的分子等。

電子順磁共振分析方法檢測方便、快捷，靈敏度高，電子順磁共振可以鑒定樣品中是否有順磁性物質的存在，并根據對EPR實驗譜圖的線寬、線型、g因子、超精細偶合和自旋濃度等波譜參數的分析，可獲得樣品中未成對電子以及分子結構信息。例如，根據樣品的線寬和微波功率的飽和特性的檢測，可以了解樣品的馳豫性質；由測得的g因子，能了解順磁分子內部結構的局部磁場特性，電子順磁共振可以判斷其自旋角動量和軌道角動量對電子磁矩的貢獻大小；通過EPR譜線強度的測量，可求得順磁物質的自旋濃度；經過對EPR譜的超精細結構分析，由譜線的數目及相對強度，電子順磁共振可以判斷未成對電子周圍磁性核的類型、數量，以及相互作用的強弱；由超精細偶合常數的大小，可獲悉未成對電子在磁性棱處的電子云分布情況等。同時，電子順磁共振EPR技術在考察化學反應機理和反應動力學等方面也有極重要的價值。

由于電子自旋相干、自旋捕捉、自旋標記、飽和轉移等電子順磁共振和順磁成像等實驗新技術和新方法的建立，電子順磁共振EPR技術很快在物理、化學、自由基生物學、醫藥學、環境科學、考古學和材料科學等領域中獲得廣泛的應用。電子順磁共振實現了固體樣品的電子自旋與核自旋退相干時間大幅度延長，以及從常規自由基到短壽命自由基的檢測；從順磁性物質（自由基，順磁性金屬離子）到自旋標記的非順磁性物質的檢測；從體外自由基到細胞、組織和體內自由基的檢測；開展病理和藥理過程的分子基礎研究；建立抗氧化劑活性的EPR研究和篩選方法；進行自旋標記物、靶向自旋捕捉技術和自旋捕捉劑的研究與制造；在開展科學基礎研究的同時，很強應用價值的考古年代和香煙自由基的EPR測定等等的研究也在陸續展開。