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# AFM简介
电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分（99%以上）的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”（ESR）。
原位EPR：同样基于EPR的基本原理，但原位EPR的设计允许在不同环境条件下对样品进行实时监测。这种技术通过特殊的实验装置（如原位EPR管），能够保持样品在接近其自然状态或特定实验条件下的稳定性，从而进行更为精准和深入的分析。原位EPR(ESR)测试分为变温原位EPR(ESR)和原位电化学/电催化EPR(ESR)测试；
电子顺磁共振波谱仪(ESR/EPR)
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# 测试原理
在EPR仪器中，电磁铁系统产生的磁场与经微波桥传导至谐振腔的电磁波相互垂直，也与扫描线圈互相垂直。当电磁波的频率v和磁场强度B满足共振吸收条件时，放置在谐振腔中的样品就要发生共振而吸收能量。吸收信号在谐振腔中被放大后，经过相敏检出放大后即可显示于示波器上，并被记录仪自动记录下来。
在垂直于B的方向上施加频率为v的电磁波，当满足hv=gβB时，处于两能级间的电子发生受激发跃迁，导致部分处于低能级中的电子吸收电磁波的能量跃迁到高能级中，这就是顺磁共振现象。受激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处理可得到EPR吸谱线。
在上述产生电子顺磁共振的基本条件中，h为普朗克常数，v为微波频率，g为波谱分裂因子（简称g因子或g值），β称玻尔磁子，B是磁场强度。以自由电子的g值=2.00232，β=9.2710×10-21erg/Gauss，h=6.62620×10-27erg·sec，代入上式，可得电磁波频率与共振磁场之间的关系式（兆赫）=2.8025B（高斯）。
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# 研究对象
1.自由基:分子中含有一个未成对电子的物质，如二苯苦基肼基(DPPH)，三苯甲基，都有一个未成对电子。
2.双基(Biradical)或多基(Polyradical):在一个分子中含有两个或两个以上未成对电子的化合物，但它们的未成对电子相距较远，相互作用较弱。
3.三重态分子(tripletmolecule):这种化合物的分子轨道中含有两个未成对电子，且相距很近，彼此之间有很强的相互作用。如氧分子，它们可以是基态或激发态。
4.过渡金属离子和稀土离子:这类分子在原子轨道中出现未成对电子，如常见的过渡金属离子有Ti3+(3d1)，V3+(3d7)等。
5.固体中的晶格缺陷，一个或多个电子或空穴陷落在缺陷中或其附近，形成了一个具有单电子的物质，如面心、体心等。
6.具有奇数电子的原子，如氢、氮、碱金属原子。
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# 测试要求
EPR测试要求：
1.液体：提供2 mL，根据方案测试。
2.粉末样品：10~20 mg，不影响调谐的，装入3 mm顺磁管测试；影响调谐的，比如铁磁性样品，吸波材料等可以先装在50 uL毛细管中，再放入3 mm顺磁管测试。
3.薄膜或片状：需可裁剪的，比如薄膜，电极片可剪成细条，放入3 mm顺磁管中，然后测试。不易剪裁的固体，需要提供尺寸为2 mm×2 mm的，直接放入3 mm顺磁管中测试。
原位EPR测试要求：
1. 可以测试粉末，液体，片状/薄膜/块体类样品；粉末样品量要求20 mg以上；液体样品2 ml以上；片状/薄膜/块体样品尺寸要求长宽高任意2个方向在3*3 mm内。
2. 光源：氙灯，汞灯，紫外灯，980 nm激光灯。氙灯是模拟太阳光，全波段的，如需特定波长的光，需要加滤波片。
3. 自由基常见捕获剂：DMPO、TEMP、TEMPO。
4. 易挥发、升华、对热不稳定的样品，密封容器盛装并盖紧，注明样品保存条件。
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# 测试步骤
1.测试自由基制样与测试
测试样品产生的自由基：将 50 μL（5 μL的 1mg/mL的催化剂，5 μL捕获剂，40 μL的水）的混合溶液放入内径为 0.9 mm 的石英毛细管中，并用蜡封板密封底端。将毛细管插入 EPR的测试腔内，光照一定的时间后采集图谱。250 mM的BMPO，捕获超氧自由基（水做溶剂）。100 mM的DMPO用来捕获羟基自由基，100 mM的TEMP用于捕获单线态氧，100 mM的TEMPO用于捕获光生电子。测试参数为 20 dB 微波衰减，2 mW微波功率，中心磁场3510，扫描范围 100 G，磁场调制为1 G。上述为常规的测试流程，也可以根据实际要求进行调整。
测自由基的清除：需要根据实际研究体系提供详细的测试步骤。比如芬顿反应产生的羟基：以总体积50μL为例的反应体系：
(1)空白对照为 25μL H2O+5 μL 100mM DMPO+10 μL 10mM Fe2++10 μL 100mM H2O2
(2)测试样品组，可将25 μL H2O 全部或部分替换为催化剂。清除超氧自由基,单线态氧等需要自行给出完成的反应体系和测试时间。
2.缺陷和过渡金属制样与测试
取适量的样品放入样品管中，设置仪器参数，进行测试即可。如果需要对比不同样品之间的信号强度，须取相同质量的样品在相同条件进行测试。
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# EPR谱图相关信息
图3：EPR谱图相关信息示例
1.谱线的位置与磁场和频率相关（g因子，g=hv/βB）
2.谱峰的数量以及其之间的间距（超细耦合常数A）
3.线宽（运动性，自旋耦合和各向异性作用）
4.线性，谱线的形状（运动性、自旋耦合和各向异性效应）
5.谱线的强度（浓度或弛豫作用）
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# 成果分析展示
EPR数据分析及成果展示
1. 数据格式及命名：下面数据命名依次是单线态氧、金属铜价态、光生空穴、羟基自由基、羟基+硫酸根自由基、超氧自由基、氧空位、氧空位g值数据。
图4数据格式及命名
2. 数据打开说明：win7系统用写字板，win10系统用记事本，也可以直接拖进origin，或者用Excel打开。数据打开后，选用第二列作为x轴，第三列作为y轴作图即可。
3. 结果展示：下面图谱分别是单线态氧、光生空穴、羟基自由基、羟基+硫酸根自由基、超氧自由基、氢自由基、氧空位、金属铜价态结果。
成果示例：
DOI: 10.1021/acsami.2c19873
doi.org/10.1038/s41467-024-45460-3
原位EPR成果展示
联系方式：177 3977 9903（微信同）
📫：mon@xueyanhui.com
以上内容，如有误读
和纰漏，敬请指正