2) эффекте Зеемана (+)
3) эффекте Холла
4) скин-эффекте
Электронный парамагнитный резонанс регистрирует вещества, содержащие неспаренные электроны, к которым относятся большинство свободных радикалов. Во внешнем постоянном магнитном поле энергетические уровни электронных спинов расщепляются вследствие эффекта Зеемана: состояние со спином, ориентированным по полю, и состояние с противоположной ориентацией приобретают различную энергию.
При воздействии электромагнитного излучения микроволнового диапазона возникает резонансный переход между расщеплёнными уровнями, если энергия кванта соответствует условию hν = gμBB. Поглощение микроволновой энергии фиксируется спектрометром и позволяет выявлять свободные радикалы, оценивать их концентрацию и особенности микроокружения. Постоянное магнитное поле при этом не поглощается веществом, а создаёт зеемановское расщепление, необходимое для возникновения резонанса.
Форма и положение спектральных линий зависят от значения g-фактора, взаимодействия неспаренного электрона с ядрами и времени релаксации. Поскольку многие биологические радикалы существуют очень короткое время, для их регистрации применяют спиновые ловушки, образующие более стабильные парамагнитные аддукты.
| Явление или метод | Физическая основа | Значение для обнаружения свободных радикалов |
|---|---|---|
| Эффект Зеемана | Расщепление спиновых энергетических уровней во внешнем магнитном поле | Создаёт энергетический интервал, необходимый для электронного парамагнитного резонанса |
| Электронный парамагнитный резонанс | Резонансное поглощение микроволнового излучения неспаренными электронами | Обеспечивает прямое выявление парамагнитных частиц и свободных радикалов |
| Ядерный магнитный резонанс | Переходы между энергетическими уровнями ядерных спинов | Исследует преимущественно атомные ядра, а не неспаренные электроны |
| Эффект Холла | Возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике с током, помещённом в магнитное поле | Используется для измерения магнитного поля и параметров носителей заряда, но не является основой ЭПР |
| Скин-эффект | Вытеснение переменного электрического тока к поверхности проводника | Характеризует распределение высокочастотного тока и не позволяет специфически обнаруживать радикалы |
| Спиновая ловушка | Химическое связывание короткоживущего радикала с образованием устойчивого парамагнитного продукта | Повышает чувствительность ЭПР при исследовании биологических образцов |
ЭПР обладает высокой специфичностью к частицам с неспаренными электронами, поэтому широко применяется при изучении окислительного стресса, радиационных повреждений и ферментативных окислительно-восстановительных реакций. Метод позволяет различать типы радикалов по спектральным параметрам, включая g-фактор и сверхтонкую структуру. Его физической предпосылкой служит именно зеемановское расщепление электронных спиновых уровней во внешнем магнитном поле.