EPR测试

1、EPR基本原理

     物质的结构决定其性质，性质是物质结构的外在表现。做自旋运动的电子可以看做一个微小的磁体，电子具有电荷，同时电子像一个陀螺一样绕一个固定轴旋转，形成具有南北*的自旋磁矩。它是直接检测和研究未成对电子顺磁性物质的一种波谱学技术。

    电子是具有一定质量和带负电荷的一种基本粒子，它能进行两种运动；一种是在围绕原子核的轨道上运动，另一种是对通过其中心的轴所作的自旋。由于电子的运动产生力矩，在运动中产生电流和磁矩。在外加恒磁场H中，电子磁矩的作用如同细小的磁棒或磁针，由于电子的自旋量子数为1/2，故电子在外磁场中只有两种取向：一与H平行，对应于低能级，能量为-1/2gβH；一与H逆平行，对应于高能级，能量为+1/2gβH，两能级之间的能量差为gβH。若在垂直于H的方向，加上频率为v的电磁波使恰能满足hv=gβH这一条件时，低能级的电子即吸收电磁波能量而跃迁到高能级，此即所谓电子顺磁共振。在上述产生电子顺磁共振的基本条件中，h为普朗克常数，g为波谱分裂因子（简称g因子或g值），β为电子磁矩的自然单位，称玻尔磁子。

    若轨道中所有的电子都已成对，则他们的自旋磁矩就完全抵消，导致无顺磁性。因此ERP研究对象必须有未成对电子。

2、空位、空穴测试

    空位的概念是固体结构化学或材料学中的，指的是晶格格位无应有原子之结构；空穴的概念是固体及半导体物理中的，指的是一电子相对应的带正电荷的载流子。

    常见的空位有氧空位、碳空位、氮空位、硫空位等，空位信号针对于固体而言，需要10mg以上样品。对于金属氧化物，如果在特定外界环境下（比如高温），会造成晶格中的氧脱离，导致氧缺失，形成氧空位。对于金属氧化物，其氧空位是缺陷的一种，一般状态下较为稳定，可以直接测试。

空穴测试捕获剂：2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)，TEMPO本身是一种相对稳定的带有单电子的自由基，如右图所示，光照前的信号即为TEMPO的信号，随着光照的进行，样品表面产生了空穴，产生的空穴会跟TEMPO进行结合，使TEMPO单电子结构消失，所以光照后，TEMPO强度降低，通过这样的方式来表明体系中的空穴产生情况。

光催化水溶液空穴捕获测试

3、自由基测试：

      常见的有羟基自由基、超氧自由基、过氧自由基、硫酸根自由基等自由基存在寿命很短，尤其是在液相体系中，通常只有10-9S，需要加入捕获剂跟产生的自由基形成加和物，不同自由基和捕获剂的加和物都有其容易辨识的特征谱线，羟基自由基、超氧自由基、硫酸根自由基通常用DPMO（5，5一 二甲基 -1-吡啶 -N-氧），羟基自由基跟硫酸根自由基如果同时存在，会同时出来两种自由基的特征谱线信号。

4、单线态氧

     通常跟自由基测试方法类似，需要加TEMP作为捕获剂，也可以作为光催化研究，看随光照时间延长，单线态氧信号的变化。

5、金属价态分析

     通常是液体样品，浓度尽量高一些；固体样品通常可以溶解后测试。因为金属离子EPR信号较弱，几乎都需要低温条件来增强信号，目前我们只能做液氮低温（77K），有一些金属或者浓度比较低的则需要液氦低温（2K）。