【百科】一文讀懂電子順磁共振波譜儀的應(yīng)用價值

更新時間：2026-01-15 點擊次數(shù)：6236

　　電子順磁共振波譜儀用于檢測含有未成對電子的物質(zhì)，是進(jìn)行物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)分析的強(qiáng)有力工具，該產(chǎn)品功能綜合，適用于通用的連續(xù)波和脈沖EPR測量，實驗場景多樣化，滿足光照、低溫、轉(zhuǎn)角等實驗需求，不限脈沖個數(shù)，適用于極多脈沖的動力學(xué)去耦技術(shù)，在環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)療、化學(xué)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用價值。

　　一、電子順磁共振波譜儀研究的對象

　　電子順磁共振波譜儀是一種磁共振光譜，用于檢測未配對(或“自由”)電子。

　　電子順磁共振波譜儀的物理原理與核磁共振相似，但電子順磁共振波譜儀測量的是未配對的電子，而不是質(zhì)子或其它核自旋。

　　電子順磁共振波譜儀主要檢測自由基、晶格缺陷、過渡金屬與稀土金屬離子和三重態(tài)分子。

　　二、電子順磁共振波譜儀儀器的組成及原理

　　電子順磁共振波譜儀主要由微波橋、電磁鐵、諧振腔、微波橋供電箱和磁鐵供電箱組成。

　　微波橋是提供合適頻率的電磁波，電磁鐵是提供磁場，樣品放在諧振腔中。

　　原理：樣品中的電子在外磁場中只有兩種取向：一個取向與磁場方向(H)平行，對應(yīng)于低能級，能量為-1/2 gβH；另外一個取向與磁場方向(H)反平行，對應(yīng)于高能級，能量為+1/2 gβH，兩能級之間的能量差為gβH。

　　三、電子順磁共振波譜儀能做的測試項目

　　電子順磁共振波譜儀可以測持久性自由基、瞬時性自由基、空位、缺陷、過渡金屬價態(tài)，可以做室溫，變溫，原位(空氣、氧氣、氮氣等)。

　　其中，瞬時性自由基需要用到捕獲實驗，需要加對應(yīng)的捕獲劑進(jìn)行捕獲實驗，因這類自由基壽命較短。持久性自由基、空位、缺陷和價態(tài)都直接測試的樣品(粉末或薄膜)。

　　四、電子順磁共振波譜儀對樣品的要求

　　1、粉末樣品提供20 mg左右

　　2、塊體樣品需要2個方向控制在3 mm以內(nèi)，另外一個方向可以長些，因樣品是裝在石英管里，內(nèi)徑是3和4 mm

　　3、液體樣品提供2 mL

　　五、電子順磁共振波譜儀測試的注意事項

　　1、在測超氧自由基，液體樣品中溶劑是水，一定要提前告知下，因超氧遇水會氧化成羥基。

　　2、強(qiáng)磁樣品，一定要提前和項目經(jīng)理確認(rèn)，磁性樣品在調(diào)諧和測試時干擾很大。

　　3、各向異性的材料，請標(biāo)明測試面和測試方向。

EPR200-Plus是一款專業(yè)用于檢測和分析含有未成對電子物質(zhì)的X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀。其主要功能是能快速、準(zhǔn)確地檢測和分析樣品中的自由基、過渡金屬離子等順磁性物質(zhì)，從中獲取樣品的電子結(jié)構(gòu)和電子動態(tài)過程等信息。其特點在于兼具高靈敏度和高信噪比，實驗場景多樣化，可搭載全溫區(qū)的變溫控制系統(tǒng)，支持原位光照、原位轉(zhuǎn)角、原位電解等原位測試需求。在應(yīng)用方向上，該分析設(shè)備廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域，尤其在研究自由基、金屬蛋白、催化劑等方面具有重要作用，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了有力的技術(shù)支持。

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀性能較好

兼具高信噪比和高靈敏度，具備優(yōu)良的微波技術(shù)，更寬的磁場范圍，精確的場控技術(shù)和低噪聲信號采集技術(shù)。

支持原位測試

除基礎(chǔ)的原位光照、原位轉(zhuǎn)角外，EPR200-Plus還適配多種原位樣品池，如扁平池、原位電解池、流通池、組織池等，滿足多種原位測試實驗需求。

全溫區(qū)精準(zhǔn)控溫

除常見的液氮變溫系統(tǒng)外，EPR200-Plus可適配液氦低溫系統(tǒng)（低至3.2 K or 4.4 K可選）和高溫系統(tǒng)（高達(dá)800 K），從超低溫至高溫，提供精準(zhǔn)控溫解決方案。

定量EPR

可選內(nèi)置Mn標(biāo)，精確進(jìn)行相對定量EPR計算；具備未成對電子自旋絕對定量功能，無需使用參考樣品或標(biāo)準(zhǔn)樣品，即可快速獲取測試樣品中未成對電子的自旋數(shù)目，準(zhǔn)確性誤差不高于10%。

簡潔易用的軟件

基于Windows系統(tǒng)的自動化軟件，支持自動調(diào)諧、自動轉(zhuǎn)角等功能。支持一維、二維掃描模式，測試與數(shù)據(jù)處理可同時進(jìn)行，內(nèi)含自由基捕獲數(shù)據(jù)庫，具有自旋擬合功能（包含溶液譜和粉末譜擬合）和譜圖模擬功能，滿足各種測試需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

化學(xué)領(lǐng)域

有機(jī)化學(xué)、電化學(xué)、配位化學(xué)中的反應(yīng)機(jī)理探索、自由基中間體監(jiān)測、藥物研發(fā)輔助、配位化合物結(jié)構(gòu)解析、有機(jī)合成分析等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

環(huán)境科學(xué)

高級氧化法、光催化、大氣污染監(jiān)測、污水處理、土壤修復(fù)、重金屬污染追蹤、環(huán)境持久性自由基等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

材料領(lǐng)域

晶體缺陷、磁性材料、半導(dǎo)體、電池材料、光纖缺陷、高分子材料等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

食品行業(yè)

食品輻照檢測鑒定、啤酒風(fēng)味保鮮期、食用油酸敗檢測等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

生物領(lǐng)域

抗氧化性能表征、金屬酶表征、生物大分子自旋標(biāo)記等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

醫(yī)療領(lǐng)域

職業(yè)病防護(hù)研究、核輻射應(yīng)急醫(yī)療、丙氨的酸劑量計、癌癥放療輻照相關(guān)研究等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

工業(yè)領(lǐng)域

涂料老化研究、鉆石陷阱鑒定、煙草濾嘴過濾功效、石油化工品質(zhì)監(jiān)控、阻聚劑余量檢測、化妝品自由基防護(hù)系數(shù)等

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

地質(zhì)考古

通過對化石、巖石、珊瑚、石英、土壤進(jìn)行EPR分析，實現(xiàn)第四紀(jì)年（幾千年到百萬年）定年

實測數(shù)據(jù)

順磁性金屬離子

對于過渡金屬離子(包括鐵族、鈀族、鉑族離子，它們依次具有未充滿的3d、4d、5d殼層)和稀土金屬離子(具有未充滿的4f殼層)，由于其原子軌道中具有單電子，因此可用EPR對這些順磁性金屬離子進(jìn)行檢測，從而獲得價態(tài)與結(jié)構(gòu)信息。對于過渡金屬離子，其通常具有多個態(tài)，自旋態(tài)具有高低自旋之分。雙模腔中的平行模式可對整數(shù)自旋體系進(jìn)行檢測。

Mn離子價態(tài)

Cu離子價態(tài)

自由基檢測

自由基是指化合物分子在光熱等外界條件下，共價鍵發(fā)生均裂而形成的具有未成對電子的原子或基團(tuán)。對于較穩(wěn)定的自由基，EPR可直接、快速地對其檢測。對于壽命很短的自由基，則可通過自旋捕獲的方法來進(jìn)行檢測。如光催化過程產(chǎn)生的羥基自由基、超氧自由基、單線態(tài)氧等。

DMPO捕獲的羥基硫酸根自由基的EPR譜圖

DMPO捕獲的超氧陰離子自由基的EPR譜圖

DMPO捕獲的亞硫酸根自由基的EPR譜圖

二萘嵌苯的EPR信號
（該樣品有豐富的超精細(xì)分裂結(jié)構(gòu)，常作為測量儀器分辨率的標(biāo)準(zhǔn)樣品）

空位

空位是固體結(jié)構(gòu)化學(xué)或材料學(xué)中的概念，指的是晶格格位無應(yīng)有原子的結(jié)構(gòu)。常見的空位有氧空位、碳空位、氨空位、空位等。

氧空位（兩種配位環(huán)境）EPR譜圖

空位EPR譜圖

附件

原位變溫系統(tǒng)

超低溫至高溫，精準(zhǔn)控溫解決方案

溫度變化直接影響電子自旋的狀態(tài)和動力學(xué)行為，因此控溫技術(shù)對EPR研究至關(guān)重要。

從超低溫到高溫，不同的溫度區(qū)間能夠揭示不同的物理、化學(xué)和生物過程，為研究者提供了深入理解物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)機(jī)制的窗口。

測試數(shù)據(jù)

不同溫度條件下DPPH的EPR譜圖

干式低溫系統(tǒng)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

4 K-300 K干式低溫系統(tǒng)

液氦低溫系統(tǒng)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

4.4 K-300 K液氦低溫系統(tǒng)

液氮低溫系統(tǒng)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

100 K-600 K液氮低溫系統(tǒng)

高溫系統(tǒng)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

300 K到800 K，高溫系統(tǒng)

原位光照系統(tǒng)

全位原位光照系統(tǒng)，支持自動化濾光片切換

原位光照系統(tǒng)，有效助力光催化領(lǐng)域的EPR應(yīng)用研究。系統(tǒng)靈活支持原位與非原位光照實驗，可選配三種不同光源，滿足多樣化的研究需求。配置6位濾光片電動切換系統(tǒng)，實現(xiàn)濾光片的自動切換，大幅提升實驗效率，為光催化研究帶來前所的未有的便捷。

測試數(shù)據(jù)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

光催化反應(yīng)產(chǎn)生超氧陰離子的EPR譜圖

氙燈/紫外加強(qiáng)氙燈

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

320–780 nm光譜范圍

汞燈

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

200–650 nm光譜范圍

原位轉(zhuǎn)角系統(tǒng)

360°原位轉(zhuǎn)角系統(tǒng)，助力方向依賴性物質(zhì)的EPR研究

原位轉(zhuǎn)角系統(tǒng)實現(xiàn)0°到360°的自動精確控制，助力方向依賴性物質(zhì)的EPR研究，為晶體材料、金剛石和珠寶等研究領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

測試數(shù)據(jù)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

紅寶石標(biāo)樣的原位轉(zhuǎn)角EPR譜圖

諧振腔

EPR諧振腔系列，滿足多樣化樣品測試需求

EPR諧振腔系列多樣，涵蓋多種款式和型號，全面滿足您的不同實驗需求。

高Q諧振腔，作為通用型諧振腔，靈敏度高，適用于大部分樣品的EPR測試，支持液氮、干式低溫系統(tǒng)、液氦、液氮變溫設(shè)備。

雙模諧振腔，專為研究具有禁戒躍遷的過渡金屬離子和稀土金屬離子等復(fù)雜體系而研制，提供垂直模式和平行模式兩種可調(diào)節(jié)的測試模式。

測試數(shù)據(jù)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

摻雜Cr3+的CsAl(SO4)2·12H2O的垂直、平行模式EPR譜圖

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

高Q諧振腔

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

雙模諧振腔

原位樣品池

多種規(guī)格原位樣品池，助力多方向原位研究開展

國儀量子EPR譜儀的專用原位樣品池，提供多種規(guī)格選擇，全面助力多方向的原位研究。具體包括如下：

扁平池，支持實時原位反應(yīng)測試，特別適用于極性溶劑的體系，顯著提升檢測靈敏度。

電解池，專為原位電解實驗研制，輕松實現(xiàn)電化學(xué)過程的在線監(jiān)測。

流通池和混合池，搭載蠕動泵，為原位連續(xù)流動測試提供支持，輕松完成多組分樣品的原位混合與反應(yīng)監(jiān)控。

組織池，專為生物組織樣品設(shè)計，為生物和醫(yī)療領(lǐng)域的EPR測試提供便捷。

測試數(shù)據(jù)

X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀

時間分辨/瞬態(tài)EPR系統(tǒng)

實時捕捉動態(tài)變化，助力檢測光激發(fā)短壽命自由基

時間分辨/瞬態(tài)EPR（TR-EPR）將時間分辨技術(shù)與順磁共振波譜技術(shù)相結(jié)合，時間分辨率可到ns級別系統(tǒng)。主要包括用于數(shù)字化控制的主控制器、用于提供穩(wěn)定光激發(fā)的高能量脈沖激光器、用于監(jiān)測脈沖激光器功率的激光能量計和用于監(jiān)測EPR信號的介質(zhì)諧振腔。TR-EPR可用于研究快速反應(yīng)過程中的自由基或激發(fā)三重態(tài)等瞬態(tài)物質(zhì)，探測和研究這些壽命在微秒到納秒范圍內(nèi)的短暫物種，對自由基反應(yīng)動力學(xué)研究具有重要意義，彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)備對于短壽命物種的檢測盲區(qū)。

測試數(shù)據(jù)