电子顺磁共振波谱技术应用及进展

电子顺磁共振（EPR）波谱技术是现代高新技术材料的性能测试手段之一，电子顺磁共振一项检测具有未成对电子样品的波谱方法，是弥补其他分析手段的理想技术。即使是在进行的化学和物理反应中，电子顺磁共振也能获得有意义的物质结构信息和动态信息，且不影响反应进程。目前电子顺磁共振已在物理学、化学、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域得到广泛应用。

自从1945年前苏联科学家Zavoisky在固体中观察到电子顺磁共振这一奇妙的物理现象以来，电子顺磁共振波谱学已经经历了60多年漫长的发展历程，EPR的基本理论、实验技术和实验方法迅速发展，应用也进一步拓宽。目前电子顺磁共振是直接研究和检测顺磁性物质的最灵敏和有效的方法。对于以下含有未成对电子或顺磁性物质，都可以进行检测：①自由基：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。②双基或多基：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。③三重态分子：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。④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+，V3+，Mn2+，Fe2+和Cu2+等。⑤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。⑥具有奇数电子的原子和含有单电子的分子等。

电子顺磁共振分析方法检测方便、快捷，灵敏度高，电子顺磁共振可以鉴定样品中是否有顺磁性物质的存在，并根据对EPR实验谱图的线宽、线型、g因子、超精细偶合和自旋浓度等波谱参数的分析，可获得样品中未成对电子以及分子结构信息。例如，根据样品的线宽和微波功率的饱和特性的检测，可以了解样品的驰豫性质；由测得的g因子，能了解顺磁分子内部结构的局部磁场特性，电子顺磁共振可以判断其自旋角动量和轨道角动量对电子磁矩的贡献大小；通过EPR谱线强度的测量，可求得顺磁物质的自旋浓度；经过对EPR谱的超精细结构分析，由谱线的数目及相对强度，电子顺磁共振可以判断未成对电子周围磁性核的类型、数量，以及相互作用的强弱；由超精细偶合常数的大小，可获悉未成对电子在磁性棱处的电子云分布情况等。同时，电子顺磁共振EPR技术在考察化学反应机理和反应动力学等方面也有极重要的价值。

由于电子自旋相干、自旋捕捉、自旋标记、饱和转移等电子顺磁共振和顺磁成像等实验新技术和新方法的建立，电子顺磁共振EPR技术很快在物理、化学、自由基生物学、医药学、环境科学、考古学和材料科学等领域中获得广泛的应用。电子顺磁共振实现了固体样品的电子自旋与核自旋退相干时间大幅度延长，以及从常规自由基到短寿命自由基的检测；从顺磁性物质（自由基，顺磁性金属离子）到自旋标记的非顺磁性物质的检测；从体外自由基到细胞、组织和体内自由基的检测；开展病理和药理过程的分子基础研究；建立抗氧化剂活性的EPR研究和筛选方法；进行自旋标记物、靶向自旋捕捉技术和自旋捕捉剂的研究与制造；在开展科学基础研究的同时，很强应用价值的考古年代和香烟自由基的EPR测定等等的研究也在陆续展开。