自由基检测仪——布鲁克电子顺磁共振波谱仪ESR
通用型ESR/工业分析/教育
电子自旋共振（ESR）波谱仪能够检测样品中自由基的浓度和成分。
样品可以是液体、固体或气体。自由基是具有未成对电子的原子或分子，它们非常活跃。也有许多稳定的自由基，如毛发里的黑色素或群青色素等。许多过渡金属和稀土金属也有未成对电子，会检测出ESR信号。诸如紫石英、烟晶和萤石等因含有未成对电子而呈现出颜色的矿石，也会有ESR信号。
自由基检测仪——布鲁克电子顺磁共振波谱仪ESR
对毛发、松针、茶叶和蓝色化妆品等含有自由基的日常物品进行检测。毛发中的黑色素含有自由基。毛发越黑，自由基含量越高。图A所示是黑色、橙色和白色猫毛测得的ESR波谱叠加图。所有样品的毛发质量是相同的。理论上，白色猫毛应当不产生信号；然而，白色猫毛并非取自白化变种的猫，而是取自猫身上的白色斑块，因此仍有少许残余信号。
自旋捕捉剂和自旋加合物
尽管有许多自由基十分稳定，足以直接用ESR进行测定，但一些非常重要的自由基，如羟基和超氧化物，却因寿命极短而无法直接测定。有机反应中许多重要的中间产物也属于此类。
利用名为“自旋捕获”的技术，ESR可以检测出寿命极短的自由基。
自旋捕获剂通常是硝酮类或亚硝基类，这种化合物很容易与活性自由基发生反应，形成更加稳定的自由基，以便用ESR进行测定。这种产物被称为“自旋加合物”。
从自旋加合物测得的ESR波谱特征，仅提供关于所捕集自由基的隐含信息。
氮原子超精细分裂、其他磁性杂原子分裂，以及α氢原子等，都可提供关于所捕获自由基的结构的信息。
选择自旋捕获剂时，必须小心谨慎。理解所涉及的化学现象，包括溶剂所起作用，非常重要。副反应可能形成意想不到的、稳定的自旋加合物，这是自旋捕获技术的弊端之一。
图A. TEMPOL在水中测得的波谱 图B. TEMPOL在25%水和75%丙三醇混合液中测得的波谱
在这项实验中，学生将使用PBN（叔丁基-α-苯基硝酮）来捕获短寿命自由基。学生将能观察到初始自旋加合物变成第二自旋加合物，然后还会出现第三自旋加合物。第三自旋加合物相当长寿，可进行通宵检测。第三自旋加合物会加剧副反应，这凸显出其弊端。这个反应也涉及到溶剂。
***适用于羟基或超氧化物的自旋捕获剂是BMPO（5-叔丁氧羰基-5-甲基-1-吡咯啉-N-氧化物）。不幸的是，这种自旋捕获剂成本高昂，用于大学生化学实验是不切实际的。PBN-OH自旋捕捉剂的半衰期仅为7秒钟，因此，也无法利用ESR直接观察到。这项实验中使用的反应略微复杂。然而，其化学现象很容易理解，这项实验有力地展示了自旋捕获技术。
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