仪器图片:
仪器中文名:电子顺磁共振波谱仪(日本电子JEOL)
仪器英文名:Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer
仪器型号:JES-FA200 (JEOL)
存放房间号:205
负责人:陈家富,tel:0551-63602807,email:jfchen@ustc.edu.cn
个人主页:http://dsxt.ustc.edu.cn/zj_js.asp?zzid=1279
主要性能参数:
1.灵敏度 7×109 spins / 0.1mT
2.分辨率 ≤ 2.35 Torbetter
3.微波频率 8.75 – 9.65 GHz (X-band)
4.微波功率 0.1 W ~ 200 mW
5.最大磁感应强度1.3 T
6.调整幅度 0.2 T到2 mT
7.时间常数范围 1 ms至20 s
仪器功能和附件:
1.可进行X波段的微波频率吸收/色散双通道检测与测量;
2.附有变温单元包括高低温附件,可实现在-163 ℃—200 ℃(±0.5 ℃)之间各种温度下的EPR谱;高温腔附件:室温 ~ 600 ℃的EPR谱。
3. 附有扁平池、转角仪、光照腔和双腔等,可进行一些包括水溶液、薄膜样品、单晶等一些特定体系的实验研究。
4.光照系统ES-UXL500:包括光学附件移动平台,光路准直系统,透镜组,滤光片;光源:Xenon lamp 氙灯UXL-500SX(Ushio Inc.);氙灯光照功率:≥500 W。
5.可在一个实验中同时运用液氮变温系统和光辐照系统进行EPR谱采集。
6.通过内置 EPR-Mn标,可进行准确的g值校正、波谱叠加、计算机模拟等分析研究。
仪器应用:
电子顺磁共振是直接检测和研究含有未成对电子顺磁性物质的一种波谱学技术。其广泛应用于以下多个研究领域,包括:
物理学领域:
研究含有未成对电子的原子、离子、分子,金属或半导体中的非传导电子;
研究晶体缺陷、辐照效应和辐照损伤,半导体顺磁离子的掺杂;
研究单晶中的晶场,材料的磁性等。
化学领域:
三重态双自由基和分子,单电子转移及其反应动力学;
γ-射线辐照产生的自由基,光化学和一些特殊体系产生的自由基;
自由基反应及聚合过程,有机配合物中心离子配位环境等。
生物与医学领域:
有机生命细胞组织中的自由基,生物化合物的X射线效应;
药物检测、辐照食品的控制,致癌物反应的研究;
活性氧、血液和微生物的研究。
其它研究领域:
辐照剂量学研究和丙氨酸/EPR剂量测定;
地质和考古样品的年代测定。
制样要求:
1、对测试的固体粉末样品没有特别的要求,只要固体样品粒径小于3 mm即可(包括一些薄膜衬底样品,长度一般≤1.5cm,宽度≤3.5 mm,因为顺磁样品管直径为~3.5mm)。样品质量依据材料自身性质一般控制在几毫克至0.1克左右。另外,吸波材料、铁磁性样品不适合做EPR测试。
2、对于液体样品,提供~0.5mL溶液即可;对需要检测自由基的捕获实验,测试样品需现场配制,因为一般捕获后的产物寿命仅分钟级的。此外,捕获剂本身对光、环境温度也都非常敏感,不易长时间暴露在空气环境中(关于捕获剂的配制相关片说明详见资源下载栏)。
3、对需要进行惰性气体保护的EPR原位、光照、低温等实验,需要课题组提供自制的样品管附件,相关图片说明等内容详见资源下载栏。
应用举例:
1、自旋捕获技术
自旋捕获技术是将一不饱和的抗磁功能基团(自旋捕获剂,一般为氮酮类和亚硝基化合物)加入反应体系,产生EPR可以检测的自由基的技术。如:以5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(5,5-Dietyl-1-Pyrroline -N-oxide, DMPO)为自旋捕获剂(实际检测体系DMPO控制在2-5 mM),结合ERP波谱技术,可以用来检测体系产生的●OH、超氧阴离子自由基等。
DMPO捕获不同类型自由基的模拟谱:
常见的自旋捕获剂如下:
2、低温、光照、不同气氛条件下的原位EPR实验
许多化学反应需要在无水无氧条件进行测试,因此,需要采用真空泵抽真空,一般还需要用氮气或者氩气进行保护。有时为了证明气氛对反应的影响,需要对气氛进行控制。通常采用接两个三通的方法,交替开关控制气源,达到气氛控制的目的。由于这些装置一般仪器公司不提供,需要进行玻璃加工得到。
3、硒氮自由基•NSe 的新发现
4、EPR在剂量学上的应用
5、EPR 研究电子转移反应
正硫醇保护的金团簇Au25(SC2H4Ph)18-N(C8H17)4+与2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基正离子盐(TEMPO+BF4-)之间单电子转移反应(参见:J. Phys. Chem. Lett. 2011,Vol.2,2104-2109)
6、Surface Facet of Palladium Nanocrystals: A Key Parameter to the Activation of Molecular Oxygen for Organic Catalysis and Cancer Treatment(参见:J. Am. Chem. Soc. 135 (8):3200–3207, February 2013)
△捕获剂的配制:
关于DMPO溶液配制:
测羟基自由基时:
(1)拿一个2毫升离心管,精确称出重量,微量移液枪移取2-5 ml,称重,算出精确重量;
(2)加入1~2 mL水,浓度一般配2~5 mg/mL,换成摩尔浓度大约在20-50 mM;
(3) 使用时,一般是加0.1 mL配制好的DMPO到0.9 mL目标液中,相当于DMPO实际检测体系在2~5 mM;
测超氧负离子时,用的DMPO浓度要大些,大约在100 mM左右。
单线态氧捕获剂TMP配制:
取50 L的TMP原液,将其溶解到5 mL的水溶液中(得到稀释后的TMP);
单线态氧捕获实验时,取1mL稀释后的TMP加入0.5 mL含有催化剂溶液的离心管中,摇匀后,直接光照(Xe灯)20~30秒,即可开始EPR实验。