中文名:电子顺磁共振波谱仪
英文名:Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer
所属机组:顺磁共振(EPR)
仪器型号:布鲁克Bruker, E500
房间:204
负责人:陈家富:0551-63602807, jfchen@ustc.edu.cn
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仪器主要参数:

1. 灵敏度(以弱沥青为标样):可检测最小绝对自旋数 ≤ 1*109spins/G线宽;

信噪比S/N ≥3000:1

2. 分辨率:数字化分辨率32 bit;磁体分辨率 10 mG

3. 磁场稳定性:短时间稳定性:5 mG长时间稳定性:10 mG

磁体:10英寸双轭磁体,最大磁场强度14500G

微波工作频率:X波段 ( 9.2 GHz ~ 9.9 GHz)

最大功率输出:600 mW,最大校平输出功率:200 mW

谐振腔性能:无载Q值≥16000

信号处理单元:检测带宽: 30MHz

2个独立的输入通道,每通道允许4 路常规信号输入;

检测模式:锁相,快扫和瞬态三种模式

谱仪自带无需标样的绝对自旋量子数计算(专利证书)

图形界面:一维谱图的线、点、数字、距离和柱状图显示;二维谱图的栈图,等高线、密度显示;三维栈图显示;峰位置,幅度,距离和g-值的显示。

谱仪附件:

变温单元实验温度范围:100-600 K

紫外光照单元,100W高压汞灯,500W Xe灯;

蠕动泵驱动的混合谐振腔;

双模式谐振腔;

可编程式转角器,精度:1/8


仪器应用:

电子顺磁共振(EPR)波谱仪研究含有未成对电子的顺磁性物质,如:自由基、半导体掺杂及缺陷材料、过渡金属离子、稀土离子、磁性分子、金属蛋白等。EPR 技术能够提供未成对电子所在轨道及其周围微观环境等相关信息,在自由基研究、量子计算、材料科学、生物结构解析、食品科学、辐照计量等许多相关领域具有广泛的应用。

自由基捕获实验及相关知识:

  • 最常使用的捕获剂类型有哪些?  (DMPO, BMPO, PBN, MNP, TEMP)

  • 为何需要使用不同种的捕获剂? (不同的捕获剂会捕获不同的自由基,使用不同捕获剂生成的相应自旋加合物的寿命会有所不同)

  • 选择捕获剂需考量哪些因素? (自由基加合物的稳定性, 解析相应谱图的难易程度, 自旋捕获剂的价格)

  • 哪些种类的自由基可以被捕获? (主要是O-, C-, N-, S-中心的小分子自由基, 很少用于蛋白质等大分子自由基的捕获)

利用自旋捕获可以获取哪些信息?被自旋捕获剂捕获到的短寿命自由基的浓度;自由基身份鉴定;自由基形成或衰减过程的动力学

自旋捕获实验小贴士:

No.

描述

原因

1

避免过高的pH, pH 5~8区间是合适的范围

自由基自旋加合物的寿命在碱性条件下通常是最短的

2

使用金属螯合剂(Chelex100阳离子交换树脂, DTPA…)

体系中存在高价金属离子的情况下,可能存在非自由基(亲核加成)的反应路径也会形成自由基加合物,造成干扰

3

选择合适的溶剂

OH可能会从溶剂分子上拔氢,导致次级自由基的自旋加合物的形成

4

加料顺序很关键- 引发剂, 底物, 细胞激活剂应最后加入

在引发自由基反应之前就将自旋捕获剂加入体系中,以增加检测到自由基加合物的机会

5

高纯度,从可靠的供应商处采购自旋捕获剂

甚至 1% 的杂质都可能干扰到实际信号

6

先优化仪器参数,比如先测试Tempol 溶液的EPR谱图,据此预设扫场设定

花费过多时间来寻找正确的扫场中心和扫描宽度可能会有损定量数据的可靠性 (自由基加合物会衰变)

7

选择合适的装样管材/容器

未选择合适的装样容器可能会干扰到仪器的调谐并浪费时间

8

设置对照实验

排除任何非自由基的反应路径或背景信号


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~3.5 mm)。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。


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2-5ml,称重,算出精确重量;

   (2)加入1~2mL水,浓度一般配2~5mg/mL,换成摩尔浓度大约在20-50mM

(3) 使用时,一般是加0.1mL配制好的DMPO0.9mL目标液中,相当于DMPO实际检测体系在2~5mM

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 LTMP原液,将其溶解到5mL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0.5mL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。