1、EPR基本原理

? ? ?物質的結構決定其性質，性質是物質結構的外在表現。做自旋運動的電子可以看做一個微小的磁體，電子具有電荷，同時電子像一個陀螺一樣繞一個固定軸旋轉，形成具有南北*的自旋磁矩。它是直接檢測和研究未成對電子順磁性物質的一種波譜學技術。

? ? 電子是具有一定質量和帶負電荷的一種基本粒子，它能進行兩種運動；一種是在圍繞原子核的軌道上運動，另一種是對通過其中心的軸所作的自旋。由于電子的運動產生力矩，在運動中產生電流和磁矩。在外加恒磁場H中，電子磁矩的作用如同細小的磁棒或磁針，由于電子的自旋量子數為1/2，故電子在外磁場中只有兩種取向：一與H平行，對應于低能級，能量為-1/2gβH；一與H逆平行，對應于高能級，能量為+1/2gβH，兩能級之間的能量差為gβH。若在垂直于H的方向，加上頻率為v的電磁波使恰能滿足hv=gβH這一條件時，低能級的電子即吸收電磁波能量而躍遷到高能級，此即所謂電子順磁共振。在上述產生電子順磁共振的基本條件中，h為普朗克常數，g為波譜分裂因子（簡稱g因子或g值），β為電子磁矩的自然單位，稱玻爾磁子。

? ? 若軌道中所有的電子都已成對，則他們的自旋磁矩就完全抵消，導致無順磁性。因此ERP研究對象必須有未成對電子。

2、空位、空穴測試

? ? 空位的概念是固體結構化學或材料學中的，指的是晶格格位無應有原子之結構；空穴的概念是固體及半導體物理中的，指的是一電子相對應的帶正電荷的載流子。

? ? 常見的空位有氧空位、碳空位、氮空位、硫空位等，空位信號針對于固體而言，需要10mg以上樣品。對于金屬氧化物，如果在特定外界環境下（比如高溫），會造成晶格中的氧脫離，導致氧缺失，形成氧空位。對于金屬氧化物，其氧空位是缺陷的一種，一般狀態下較為穩定，可以直接測試。

空穴測試捕獲劑：2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)，TEMPO本身是一種相對穩定的帶有單電子的自由基，如右圖所示，光照前的信號即為TEMPO的信號，隨著光照的進行，樣品表面產生了空穴，產生的空穴會跟TEMPO進行結合，使TEMPO單電子結構消失，所以光照后，TEMPO強度降低，通過這樣的方式來表明體系中的空穴產生情況。

光催化水溶液空穴捕獲測試

3、自由基測試：

? ? ? 常見的有羥基自由基、超氧自由基、過氧自由基、硫酸根自由基等自由基存在壽命很短，尤其是在液相體系中，通常只有10-9S，需要加入捕獲劑跟產生的自由基形成加和物，不同自由基和捕獲劑的加和物都有其容易辨識的特征譜線，羥基自由基、超氧自由基、硫酸根自由基通常用DPMO（5，5一 二甲基 -1-吡啶 -N-氧），羥基自由基跟硫酸根自由基如果同時存在，會同時出來兩種自由基的特征譜線信號。

4、單線態氧

? ? ?通常跟自由基測試方法類似，需要加TEMP作為捕獲劑，也可以作為光催化研究，看隨光照時間延長，單線態氧信號的變化。

5、金屬價態分析

? ? ?通常是液體樣品，濃度盡量高一些；固體樣品通常可以溶解后測試。因為金屬離子EPR信號較弱，幾乎都需要低溫條件來增強信號，目前我們只能做液氮低溫（77K），有一些金屬或者濃度比較低的則需要液氦低溫（2K）。