电子自旋共振技术在生物领域的应用进展

电子顺磁共振(ESR)技术是一种研究顺磁性物质的未成对电子结构和动力学信息的波谱检测方法。近年来ESR技术在生物医学领域得到了广泛的应用,如解析含有过波金属离子的单分子磁体的构象与功能,金属蛋白酶结构和催化机理,自由基相关的电子传递过程等。目前,随着电子顺磁共振技术向微观世界探索的深入,一种基于NV的微观自旋磁共振技术日趋成熟,甚至达到了单分子单自旋的探测水平。本文综述了ESR技术在生物学领域应用的原理方法和研究进展,以及微观SER技术等的应用原理和进展,为更好地将ESR技术应用在蛋白质单分子结构解析与动力学研究、自由基反应途径解析,自旋标记分子的细胞内定位等提供参考和借鉴。     

电子自旋共振(ESR)技术在生物和医学中的应用

电子自旋共振(electron spin resonance,ESR)是检测自由基最直接最有效的方法,是自由基生物学和医学不可缺少的重要研究技术. 作者综述了ESR、自旋标记、自旋捕集和ESR 成像技术的最新发展及ESR技术在细胞膜、蛋白质结构和一些重大疾病如心脏病、老年痴呆症、帕金森综合症和中风等疾病研究及辐射损伤和植物疾病研究中的应用.     

储锂硅材料的ESR谱研究

采用了电化学方法制备储锂硅材料,并用电子自旋共振(ESR)方法进行研究. 实验结果表明, 储锂前的硅ESR行为符合居里自旋的ESR特征, ESR信号主要来源于硅材料中的晶格缺陷、 表面悬空键等局域化自旋中心. 储锂后硅材料中产生了泡利自旋,居里自旋的强度比储锂前增大2～3倍. 此外,对硅和储锂硅ESR谱线的g因子和ΔH_pp随温度的变化情况也进行了分析. 硅材料电化学储锂时,与锂离子中和的电子主要参与形成Li-Si共价键,对ESR信号贡献很小.     

Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体微纳结构中的激子磁极化子及其发光

自旋是基本粒子(电子、光子)角动量的内在形式.固体中体现自旋特征的集体电子行为如拓扑绝缘体等是当前凝聚态物理领域关注的焦点,是基态行为.激子作为电子空穴对的激发态且寿命很短,可复合发光,它是否能体现自旋极化主导的行为?对此人们的认识远不如针对基态的电子.激子磁极化子(exciton magnetic polaron, EMP)是由磁性半导体微结构中铁磁自旋耦合态与自由激子相互作用形成的复合元激发,但其研究很有限.本文概述了我们在稀磁半导体微纳米结构中的EMP及其发光动态学光谱、自旋极化激子凝聚态的形成方面取得的一些进展,展望了未来可能在自旋光电子器件、磁控激光、光致磁性等量子技术方面的潜在应用.     

烯烃聚合催化剂的ESR研究进展

很多烯烃聚合催化剂都含有过渡金属离子. 由于很多过渡金属离子存在未成对电子,ESR可以检测这些含有未成对电子的过渡金属离子,所以ESR检测技术可以被用于聚烯烃催化剂的研究. 该文综述了近年来ESR技术在烯烃聚合催化剂表征领域的研究进展,根据不同过渡金属分类讨论,主要涉及了Ti、Ni、V、Cr等几种常见的过渡金属催化剂的ESR研究.     

中国电子顺磁共振(EPR)发展50年回顾

自从1945年前苏联科学家Zavoisky在固体中观察到电子顺磁共振（EPR）这一奇妙的物理现象以来,电子顺磁共振波谱学已经经历了60多年漫长的发展历程. 在世界上,20世纪50、60年代是EPR的基本理论、实验技术和实验方法迅速发展的时期,同时对我国产生了很大的影响. 从60年代开始至今,EPR波谱学在我国已有50多年的发展,其间大约可以分为3个阶段： (一) 20世纪60~80年代初是EPR波谱设备研制和技术发展的初始阶段;(二) 20世纪80年代到21世纪初主要是EPR实验技术进一步发展和实验方法及其在化学、物理学、生物学、医学等学科中的应用研究阶段;(三) 21世纪以来,开始了新的实验技术和开展更加广泛深入的应用研究,特别是开始脉冲EPR波谱学的应用和相关设备的研制.     

II-VI族稀磁半导体微纳结构中的激子磁极化子及其发光

自旋是基本粒子（电子、光子）角动量的内在形式.固体中体现自旋特征的集体电子行为如拓扑绝缘体等是当前凝聚态物理领域关注的焦点,是基态行为.激子作为电子空穴对的激发态且寿命很短,可复合发光,它是否能体现自旋极化主导的行为?对此人们的认识远不如针对基态的电子.激子磁极化子（exciton magnetic polaron,EMP）是由磁性半导体微结构中铁磁自旋耦合态与自由激子相互作用形成的复合元激发,但其研究很有限.本文概述了我们在稀磁半导体微纳米结构中的EMP及其发光动态学光谱、自旋极化激子凝聚态的形成方面取得的一些进展,展望了未来可能在自旋光电子器件、磁控激光、光致磁性等量子技术方面的潜在应用.     

电子自旋共振及其在非晶硅中的应用

一、引 言 固体缺陷上如有未配对的电子存在,就可以利用末配对电子的自旋顺磁性,进行电子自旋共振(ESR)谱的测量.通过自旋密度估算缺陷密度;由ESR谱线的位置、形状及线宽等了解缺陷的种类,缺陷上电子和电子的相互作用或缺陷上电子与晶格的相互作用等缺陷的性质;特别是对于那些具有精细结构和超精细结构ESR谱线的缺陷来说,ESR测量可以有力地提供有关缺陷结构的微观信息. 本文首先简述了电子自旋共振测量的基本原理.然后结合蒸发制备的非晶硅,讨论ESR谱仪操作参数的选取,并给出有关非晶硅的g值、自旋密度、线形、横向弛豫时间及纵向弛豫…     

谈谈核磁共振及其发展近况

1946年,美国的布洛赫(F·Bloch)小组和珀塞尔(E·M·Purcell)小组分别独立地观测到物质一般状态下的核磁共振现象,到现在只过了短短的三十几年.在这三十多年中,核磁共振研究获得了惊人的进展.在它刚被发现时,只作为物理学家精确测定原子核磁矩的一种方法.到五十年代末,建立了完备的化学位移和核自旋-自旋分裂的理论,使它开始在化学领域尤其是有机化学中得到广泛的应用.现在,几乎没有一家化学研究单位和大的化工厂不配备核磁共振谱仪的.1966年,高分辨脉冲傅里叶变换式核磁共振谱仪问世了,使核磁共振技术又完成了一个飞跃.此后,有人却说,核…     

牙齿化石中由辐照产生的陷阱电子的热稳定性研究

本文对周口店北京猿人遗址的动物牙齿化石进行了辐照产生的陷阱捕获电子的热稳定性研究和釉质样品及牙质样品的热稳定性对比实验。得到釉质样品中g=2.0016 ESR峰的寿命为7.1×10⁶年(20℃)。说明了取该峰进行ESR年代测定的可信性和用釉质样品进行ESR年代测定的必要性。     

关于N-苯基-萘胺的光分解过程

采用ESR方法研究了α-和β-N-苯基取代萘胺在苯溶液中的分解过程及其反应中间体.结果表明,有三种自由基被检测到,即H,C₁₀H·₇和C₆H·₅(H)N·自由基.其中值得注意的是萘自由基的生成,这意味着在一定的光解条件下,苯基萘胺分子中的C-N键可发生断裂,萘基可从氮原子上断裂下来.同时,通过调节自旋捕捉剂的浓度与添加光敏剂,可以明显地改变三种自旋捕获物的相对生成比例,借此得到三种自由基结构与光稳定性的信息.此外,本文还结合量子化学的计算讨论了此光解过程各种自由基生成的可能性.     

含萘聚芳醚酮共聚物热处理后产生自由基的ESR谱

萘环摩尔含量20%的聚芳醚酮（PANEK）无规共聚物在340 ℃空气条件下发生交联反应，经过不同时间的热处理后，在室温检测热处理后产生的自由基ESR谱. 它们都有一条较强的单峰，随着热处理时间的增长，自由基ESR谱的幅度增强，将微波功率加大到200 mW, 谱线发生明显的变化，出现两条重叠在一起的谱线，说明含萘环聚芳醚酮在热处理过程中产生了两种不同的自由基. 文中模拟、讨论了热处理过程中产生的两种自由基的归属，一种是RO·自由基，另一种是萘自由基，它们都参与交联反应，RO·自由基起主要作用.     

关于氧化锌/双吡啶高氯酸盐非均相光诱导电子转移过程的研究

用ESR方法对9种不同双吡啶高氯酸盐与氧化锌组成的非均相体系的光诱导电子转移过程进行了系统的研究。ZnO-PQ⁺⁺-胶束-苯的分散系,经350nm~420nm的紫外光照后,PQ⁺⁺被还原成PQ⁺。具有大共轭结构的PQ⁺的ESR信号较强。胶束的存在也可使ESR信号增强。当体系充氧时,PQ⁺信号消失,并有超氧阴离子基O₂^·和羟基·OH被检出。     

酰胺化合物于金属修饰的TiO2粒子表面的光催化分解

用ESR方法研究了5种脂肪酰胺化合物在经金属银修饰后的二氧化钛微粒表面光诱导电子转移和有关光催化反应行为。结果发现经修饰过的与未修饰过的TiO₂粒子的光催化特性有极为明显的差别。当体系中无TiO₂存在时,只是甲酰胺有很微弱的反应,加合物(DMPO-CONH₂)·的信号被检出,而其它4种酰胺均无ESR信号。除碳中心自由基外,还有(DMPO-OH)·信号被检出,相同条件下,采用Ag-TiO₂时ESK信号明显增强,银用量为10%时比1%的更强。因此半导体TiO₂粒子表面进行银修饰后可显著提高光催化能力。     

二氧化钌对硫化镉超微粒体系界面电子转移及光反应的催化与阻催化作用

用ESR方法研究了二氧化钌对硫化镉超微粒子界面光诱导电子转移及光催化性能的影响, 结果表明, 与单一的硫化镉胶粒体系的作用不同, 在二氧化钌的存在下的CdS/RuO₂体系, 可对某些底物体系的光反应有明显的增强催化的作用, 而对另一些体系则产生抑制或负催化的作用. 此复合体系的协同作用也与单纯二氧化钌的催化作用有所不同, 故复合体系更有利于界面光反应过程与方向的控制.     

The electron spin resonance of polycarbonate track detectors

Polycarbonate films are widely used as solid state track detectors (SSTDs) of radiation, but as yet our knowledge of the microscopic nature of the latent track is limited. The processes of chemical etching and thermal annealing are not fully understood. The lack of stability of track parameters bears on the accuracy of the charge determination of energetic heavy nuclei.

We have applied the technique of electron spin resonance, (ESR) in order to seek a correlation between the density of tracks and the growth and decay of free radicals detected by ESR. Samples of polycarbonate were irradiated with thermal neutrons and then etched progressively with NaOH. The ESR signal increased initially and then became weaker as the bulk of the polycarbonate was removed. Other samples were annealed after partial etching. ESR monitoring of this annealing showed that free radicals were recombining, probably due to diffusion processes.     

Pair exchange interaction in a crystalline nitroxide radical ESR study of dimers in the triplet state

The dimerization of the 9-aza-bicyclo (3,3,1) nonan-3-one-9-oxyl in the solid state is investigated by use of ESR spectroscopy. The ESR spectrum of a single crystal is characteristic of symmetric pairs of exchange-coupled radicals in a thermally accessible triplet state. The presence of well-resolved hyperfine structure is evidence for strongly localized excitations with a jumping rate lower than 10⁷ Hz.

The ESR spectrum is well described by the spin hamiltonian

At 35 GHz the observed splitting of the m _s=+ 1?0 transition has been found to be slightly different from that of the m _s=0?-1 one; this anomaly is explained by the mixing of the m _s electronic states.

The parameters and the principal directions of the zero-field splitting, spectroscopic and hyperfine tensors are determined and discussed. The principal directions of the dipolar tensor indicate a nearly equal spin density on the nitrogen and oxygen atoms; from the fine structure parameters D and E, determined to be (-0·0723 ± 0·0005) cm^-1 and (-0·0044±0·0003) cm^-1 at T=293 K respectively, it is suggested that the unpaired electron is partly delocalized on the molecule.

The singlet-triplet energy gap (J) and the zero-field splitting parameters are shown to be linearly temperature-dependent. These variations with temperature are attributed to the thermal expansion of the crystal lattice.     

High-field EMR: Recent CW developments at 25 tesla, and next-millennium challenges

After a brief review of the motivations to perform electron magnetic resonance at very high-field/high-frequency (VHF-EMR), we describe the spectrometers operational at the National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL), Tallahassee, Florida: a 17 and a 25 Tesla instrument. We present measurements performed with the 25 Tesla machine that can operate up to 700 GHz for ag-Lande factor = 2 system. First we document the need of VHF-EMR to resolve all the three components of the g-tensor and thus better characterize the electronic structure of radicals involved in photosynthesis. We then report on the potential of VHF-EMR to address key questions concerning the fundamental mechanisms of the glass-formation process. As a third example we show the interest of VHF-EMR to accurately determine the zero-field splitting parameters of a large-zero-field-splitting system and consequently unequivocally decide upon the structure of the system. The current developments underway at the NHMFL are presented. In the conclusion we conjecture upon the developments of modern EMR.     

Exclusive Semi-leptonic Decays b→s(d)ν\bar{ν} in the Standard Model with Fourth Generation

We consider the effects of the fourth generation quarks on the rareBdecay processes described by the b→ s(d)ν \bar{ν} processes at the quark level. We find that the values of the branching ratios for some of these rare decay processes are much larger than the standard model (SM) predictions.
These processes can be used to constrain the relevant free parameters.     

四种哌啶系氮氧自由基的ESR特性研究Ⅲ.pH效应和去氧效应

本文研究不同PH和去氧对数种哌啶系氮氧自由基在溶液中的ESR波谱的影响。其中两种水溶性自由基在PH为3-12的缓冲液内,有较高稳定性。对固态自由基,去氧并不影响其ESR特性,但在自由基溶液中,溶剂极性对如何显现去氧效应起着决定性的作用。在低极性溶液中,去氧使波谱显著变窄及增强,¹⁴N超精细三峰分裂的完善程度大大提高;而在水溶液中,去氧效应甚小。