Обнаружение загрязнений окружающей среды — приложения EPR (ESR)

Являясь одним из глобальных кризисов, загрязнение окружающей среды влияет на жизнь и здоровье людей. Среди загрязнителей воздуха, воды и почвы появился новый класс экологически вредных веществ — экологически стойкие свободные радикалы (EPFR). EPFR повсеместно распространены в окружающей среде и могут вызывать образование активных форм оксидов (АФК), которые вызывают повреждение клеток и организма, являются одной из причин рака и оказывают сильное биологическое воздействие. Технология электронного парамагнитного резонанса (ЭПР или ЭПР) может обнаруживать EPFR и количественно определять их, чтобы найти источник опасности и решить основную проблему.

Что такое EPFR

EPFR — это новый класс веществ, представляющих опасность для окружающей среды, которые предлагаются вместо традиционной проблемы короткоживущих свободных радикалов. Они могут существовать в окружающей среде от десятков минут до десятков дней, имеют длительный срок жизни, стабильны и устойчивы. Его стабильность основана на его структурной стабильности, его нелегко разложить, и он трудно вступает в реакцию друг с другом, чтобы лопнуть. Его стойкость основана на инертности, поскольку он нелегко вступает в реакцию с другими веществами в окружающей среде, поэтому он может сохраняться в окружающей среде. Обычными EPFR являются циклопентадиенил, семихинон, фенокси и другие радикалы.

Общие EPFR

Откуда берутся EPFR?

EPFR обнаруживаются в широком спектре сред окружающей среды, таких как твердые частицы в атмосфере (например, PM 2,5), заводские выбросы, табак, нефтяной кокс, древесина и пластик, частицы сгорания угля, растворимые фракции в водоемах, органически загрязненные почвы и т. д. EPFR имеют широкий спектр путей переноса в окружающей среде и могут переноситься посредством вертикального подъема, горизонтального переноса, вертикального осаждения в водные объекты, вертикального осаждения на сушу и миграции водных объектов к суше. В процессе миграции могут образовываться новые реактивные радикалы, которые непосредственно влияют на окружающую среду и являются источниками природных источников загрязняющих веществ.

Формирование и мультимедиативный перенос ЭПФР (Загрязнение окружающей среды 248 (2019) 320-331)

Применение метода ЭПР для обнаружения EPFR

ЭПР (ЭПР) — единственный метод волновой спектроскопии, который может напрямую обнаруживать и изучать вещества, содержащие неспаренные электроны, и он играет важную роль в обнаружении EPFR благодаря своим преимуществам, таким как высокая чувствительность и мониторинг на месте в реальном времени. Для обнаружения EPFR спектроскопия ЭПР (ЭПР) предоставляет информацию как в пространственном, так и во временном измерении. Пространственное измерение относится к спектрам ЭПР, которые могут доказать наличие свободных радикалов и получить информацию о молекулярной структуре и т. д. Тест ЭПР позволяет анализировать такие виды, как свободные радикалы, в образце, где спектры ЭПР непрерывной волны могут предоставить такую ​​​​информацию, как как g-фактор и константа сверхтонкого взаимодействия A, что, в свою очередь, позволяет исследователям получать такую ​​информацию, как электронная структура свободных радикалов. Временной аспект означает, что период полураспада EPFR можно определить, отслеживая текущее время сигналов EPR.

Применение технологии EPR для обнаружения EPFR в почвенной среде

Переработка нефти, ее хранение, транспортировка и возможные утечки из резервуаров для хранения подвержены загрязнению почвы. Хотя методы термической обработки могут использоваться для восстановления почв, загрязненных различными летучими и полулетучими пестицидами и ПХБ, нагревание может изменить физико-химические свойства почвы. Влияние низкотемпературной термической обработки на ПХФ и ЭПФР в почвах можно изучить с помощью методов ЭПР.

Почвы подвергали термообработке и тестированию на ЭПР (ЭПР) с использованием двух типов нагрева: закрытого нагрева (бескислородные условия) и открытого нагрева (богатые кислородом условия). Результаты испытаний показали несколько более широкий и слабый сигнал радикала ЭПР (ЭПР) в открытых прогретых почвах, что указывает на то, что открытый прогрев приводит к образованию радикала PCP или другого аналогичного радикала с кислородцентрированной структурой. Самая высокая концентрация ЭПФР составила 10 × 1018 спин/г при открытом нагреве при 100 °С и 12 × 1018 спин/г при закрытом нагреве при 75 °С. Результаты показывают, что низкотемпературная обработка почвы, загрязненной ПХФ, может превратить ПХФ в более токсичные ЭПФР, которые могут присутствовать в окружающей среде в течение достаточно длительного времени.

Спектры ЭПР почв с закрытым и открытым прогревом и соответствующие концентрации EPFR и PCP (Environ Sci Technol, 2012, 46(11): 5971-5978)

Применение технологии ЭПР для обнаружения EPFR в табачном дыме

Табачный дым представляет собой аэрозоль, состоящий из частиц/капель (TPM, общее количество твердых частиц) и химикатов газовой фазы (токсичные газы, летучие органические соединения, короткоживущие радикалы и т. д.). TPM содержит высокие концентрации долгоживущих EPFR, стабильных радикалов. которые вызывают повреждение ДНК за счет образования гидроксильных радикалов (-ОН), что приводит к долгосрочным негативным последствиям для здоровья человека.

В обычных сигаретах наличие углеродоцентрированных свободных радикалов позволяет обнаружить их с помощью методов ЭПР. Для современных электронных сигарет метод ЭПР позволяет определять свободные радикалы, образующиеся при вдыхании электронных сигарет, а также количественно определять образование EPFR и выработку АФК в TPM соответственно.

Количество гидроксильных радикалов, образуемых ТМП электронной сигареты (Environmental Science and Technology 2020 54 (9), 5710-5718)

Применение технологии EPR для обнаружения EPFR в угольных шахтах

Сюаньвэй, Юньнань, Китай, — регион с высоким уровнем заболеваемости раком легких. Этот район богат запасами битуминозного угля, и жители используют битуминозный уголь в повседневной жизни и промышленном производстве. При сжигании каменного угля образуются загрязняющие вещества, содержащие такие вещества, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые считаются основной причиной высокой заболеваемости раком легких. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются наиболее широко распространенными потенциально канцерогенными и тератогенными химическими загрязнителями окружающей среды. Сами молекулы не парамагнитны, но легко окисляются до соответствующих катионных радикалов под действием алюмосиликатных катализаторов. Такие катионные радикалы, адсорбированные на поверхности катализатора, стабильны и могут быть обнаружены методом ЭПР-спектроскопии. Между тем, интенсивность сигнала ЭПР линейно связана с концентрацией ПАУ, поэтому общую концентрацию ПАУ можно контролировать с помощью ЭПР-спектроскопии.

Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) CIQTEK

Спектроскопия CIQTEK EPR (ESR) представляет собой неразрушающий аналитический метод прямого обнаружения парамагнитных материалов. Он может изучать состав, структуру и динамику магнитных молекул, ионов переходных металлов, редкоземельных ионов, ионных кластеров, легированных материалов, дефектных материалов, свободных радикалов, металлопротеинов и других веществ, содержащих неспаренные электроны, а также может проводить исследования in situ и не -деструктивная информация о микроскопических масштабах электронных спинов, орбиталей и ядер. Он имеет широкий спектр применения в области физики, химии, биологии, материалов и промышленности.