EPR波谱仪

电子顺磁共振(EPR)技术在工业领域的应用

在工业环境中,我们可以利用电子顺磁共振(EPR)分析产品的各种特性:食品和饮料的氧化稳定性和抗氧化能力,确定辐射剂量,对产品的辐照后影响,聚合物分析以确定故障率,以及钻石质量等等。

食品与饮料的氧化稳定性

对橄榄油的氧化稳定性进行EPR定量分析

氧化稳定性是食品行业面临的一个主要问题,它受到多种因素影响,比如氧气、温度、金属和光照。以特级初榨橄榄油(EVOO)为例,由于它在在世界各地的分销渠道的非常复杂,加上它是一种独立包装的产品(其最终质量将对生产商产生积极/消极影响),因此其氧化特别引人关注。特级初榨橄榄油的抗氧化性与高水平的单不饱和甘油三酯以及天然酚类抗氧化剂有关。EPR是检测自由基和测定橄榄油在不同温度下强制氧化过程中自由基形成水平的有用工具。在食品行业使用EPR分析法,可揭示与食品质量和变质密切相关的自由基反应的重要信息。

在40℃下,向橄榄油样品中添加自旋捕获剂(DMPO)后,检测到EPR谱图。图中分别显示了模拟的实验谱图和三种自由基的模拟谱图。
在40°C的氧化过程中,橄榄油的过氧化氢、烷氧基、烷基DMPO自由基加合物的浓度以及得到的DMPO的氧化形式

抗氧化能力

通过DPPH清除测定来测量饮料中的抗氧化活性

抗氧化剂作为健康保护因子发挥着重要作用。有科学依据表明,抗氧化剂可降低患慢性病的风险,包括癌症和心脏病。DPPH(2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl)是一种自由基,被广泛用于测试化合物作为自由基清除剂或氢供体的能力以及评估抗氧化活性。DPPH法是基于抗氧化剂还原DPPH进行的,是测量食品饮料抗氧化能力的一种简单快速的方法。

通过DPPH清除法测定葡萄酒和茶叶样品中的抗氧化活性

辐射剂量测定

通过EPR波谱法检测到的丙氨酸自由基与辐照剂量相对应

丙氨酸在受到电离辐射时,会形成非常稳定的自由基。丙氨酸自由基发出的EPR信号与剂量有关,但与剂量率、能量类型无关,而且对温度和湿度相对不敏感。因此,丙氨酸剂量测定法同样适用于伽马、电子束或X射线辐照设施。

丙氨酸自由基的EPR信号和参照标记

制药分析

片剂填充剂中的乳糖自由基会加剧原料药(API)的降解

EPR波谱法广泛应用于药物化合物分析,包括原料药的光降解和氧化、辐照等灭菌技术的影响、原料药与赋形剂之间的相互作用等。赋形剂可以引发、传播或参与自由基化学相互作用,这可能会损害药物的有效性,关于这一点可以通过EPR波谱法进行研究。源自乳糖一水合物的乳糖自由基被用作片剂中的填充剂,它会与API发生反应,从而加剧原料药的降解。

食品科学和饮料

经过电离辐射的家禽和水果会产生非常独特的EPR谱图

食品辐照被用于降低与食源性病原体相关的健康风险以及延长食品保质期。事实上,电离辐射会抑制微生物的分裂,产生辐射分解产物和自由基。在干燥的环境中,这些自由基非常稳定。例如,经过辐照的家禽骨头或水果可能含有大量稳定的自由基,这些自由基很容易通过EPR波谱法检测出来。

辐照处理后的鸡骨的EPR谱图
辐照处理后的芒果的EPR谱图

聚合物研究

通过EPR波谱法检测到的聚乙烯自由基预测植入物的过早失效

在骨科植入物领域,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)被用作标准衬里材料。由自由基形成所引起的聚合物氧化降解,会导致材料和植入物过早老化和磨损,从而引发令人疼痛的炎症。对此,EMXnano能够检测和量化聚乙烯自由基,从而提供准确可靠的测量。

两种不同的聚乙烯自由基的EPR谱图
本数据由Cambridge Polymer Group 的Gavin Braithwaite博士提供

钻石质量评估

通过EPR波谱法检测钻石中的N3和单取代氮中心

EPR波谱法是非常明确的一种氮中心量化分析技术,因此提供了一种颜色分级工具。此外,EPR波谱法还可用于区分合成钻石和天然钻石。

在室温下,不同等级(颜色)的钻石的EPR谱图