

EPR检测高级氧化体系的自由基

邃瞳科学云

2025-07-16

高级氧化工艺（AOP）在降解有机污染物和灭活病原微生物方面引起了水处理领域的广泛关注。而在此体系中，涉及到多种自由基，这些自由基可以通过EPR来检测。

电子顺磁共振（EPR）是通过光谱特征识别直接确定自由基的尖端技术。捕获剂，如 5,5 二甲基-1-吡咯啉 N-氧化物（DMPO）和 2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧基（TEMPO），用于将短寿命自由基转化为稳定/持久的自由基加成产物，然后根据特征光谱上 N 核和 H 核的超频分裂来识别自由基加成产物，这是由于自由基基团的极性和电负性不同造成的。

测试细节

EPR 光谱仪在 9.84 GHz 的 X 波段频率下运行。一般参数如下：扫描宽度为 100 G，中心场为 3505 G，扫描时间为 30 或 60 s，调制幅度为 1 G，调制频率为 100 kHz，接收器增益为 30 dB，微波关注度为 25 dB，约定时间为 12.64 ms，时间常数为 5.12 ms。

分析软件

使用 MATLAB 软件和 EasySpin 软件包等对获得的 EPR 数据进行分析和模拟。具体来说，Easyspin 程序将原始数据导入 MATLAB，然后设置模拟参数。自由基的 g 值设定为 2.0055-2.0065。根据 DMPO 捕获剂，自由基的磁芯设定为 1 H 和 14 N（·OOH 和 HSO4· 需要增加 1H）。超频耦合常数（A_N 和 A_H）直接从测试光谱中获得。

EPR测试常见自由基以及分析方法

自由基的EPR谱图主要看峰的个数、线宽、Nβ、Hβ、A_Nβ和A_Hβ。

常见自由基的峰形和线宽、Nβ、Hβ、A_Nβ和A_Hβ。将测试的峰的参数和标准图谱比对。

UV/H₂O₂ 系统

紫外/H₂O₂ 系统中 DMPO 捕捉到的自由基的 EPR 光谱：(a) 紫外灯切换前后在水中捕捉到的信号；(b) 实验紫外/H₂O₂（5 分钟）、模拟 DMPO-·OH 和模拟 DMPO-·OOH 的信号。(c) 实验 UV/H₂O₂ 系统在水和甲醇基质中的信号，以及模拟的 DMPO-O2^-· 信号；(d) 实验 UV/H₂O₂ 在含 10%（v/v）H₂O 的甲醇溶液中的信号，以及模拟的 DMPO-O2^-·、DMPO-·CH2OH 和叠加信号（DMPO-O2·^-: DMPO-·CH2OH = 2:1）。测试条件 DMPO = 100 mM；H₂O₂ = 10 mM，pH = 5。

UV/PDS 和 UV/PMS 系统

紫外线/PDS 或紫外线/PMS 系统中 DMPO 捕捉到的自由基的 EPR 光谱：(a) 紫外灯切换前后在含有 PDS（10 mM）的水中捕获的信号；(b) 实验 UV/PDS （5 分钟）、模拟 DMPO-·OH 和模拟 DMPO-SO4^-· 的信号；(c) 实验 UV/PDS 系统在二甲基亚砜中的信号，以及模拟 DMPO-SO4^-·、DMPO-·OCH₃ 和 DMPO-·CH₃ 的信号；(d) 紫外灯切换前后在含有 PMS（10 mM）的水中捕获的信号。测试条件：DMPO = 100 mM；PDS = 10 mM；PMS = 10 mM，pH = 5。