EPR（電子順磁共振波譜儀）應(yīng)用丨抗氧化劑活性的研究

抗氧化劑在化工、食品以及生命科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可分為兩類：天然抗氧化劑與合成抗氧化劑，近年來由于在人體健康研究領(lǐng)域所發(fā)揮的作用使其受關(guān)注度愈發(fā)提升。

而在抗氧化劑的作用機理研究及相關(guān)抗氧化參數(shù)的表征測量方面，EPR技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

早期大多數(shù)是采用類如定性法和半定量法來研究天然抗氧化劑的活性，主要是因為天然抗氧化劑成分相對來說比較固定。但隨著研究深度的增加，研究者們更加在意能夠表征抗氧化性的參數(shù)。目前被大多研究者承認(rèn)的表征抗氧化劑活性的參數(shù)主要有：1、過氧自由基從抗氧化劑中奪氫反應(yīng)的難易程度；2、奪氫反應(yīng)之后抗氧化劑自由基的穩(wěn)定性。這些參數(shù)可以通過EPR技術(shù)直接檢測出來。

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氫原子轉(zhuǎn)移(HAT)是抗氧化劑的主要作用機理。HAT機理表明，抗氧化劑與氧化底物同氧化過程中產(chǎn)生的過氧自由基發(fā)生競爭反應(yīng)，從而阻斷了自氧化鏈反應(yīng)的傳遞來達(dá)到抗氧化的作用。EPR技術(shù)正是能夠通過檢測此機理中產(chǎn)生的自由基來測定抗氧化劑活性。

如上圖所示，生物體內(nèi)脂質(zhì)的自氧化反應(yīng)過程中，氫過氧化物(LOOH)是脂過氧化反應(yīng)的主要產(chǎn)物，也是熱解或催化降解產(chǎn)生活潑自由基的主要來源。由于其化學(xué)計量因子n與抑制速率常數(shù)kinh的測定則是通過檢測氧氣的消耗量來求得的，所以氧氣消耗量的準(zhǔn)確測量非常重要。氧分子是順磁性物質(zhì)，在溶解狀態(tài)下以三線態(tài)分子的形式存在。由于氧分子的猝滅時間極短，所以其他檢測方法很難準(zhǔn)確檢測到具體含量。而EPR技術(shù)則可以很好的解決這一問題，使用EPR可以直接且準(zhǔn)確地直接測量溶液中氧氣濃度的變化來表征氧氣消耗量，如下圖所示。

抗氧化劑活性的相關(guān)研究通常都會采用通過EPR的定性法或半定量對照的方法，也就是利用EPR技術(shù)測量自由基信號的變化，進而可以直觀看出自由基濃度，以此來判斷抗氧化劑清除自由基的能力。

雖然天然抗氧化劑和合成抗氧化劑都在各自領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，但是近些年，隨著科研人員的研究，發(fā)現(xiàn)天然抗氧化劑的抗氧化性能一般都比不上合成抗氧化劑。考慮到天然抗氧化劑使用的局限性，長期以來，化學(xué)家一直在嘗試著設(shè)計合成結(jié)構(gòu)新穎而有應(yīng)用前景的抗氧化劑。其中以日本東京大學(xué)的Niki領(lǐng)導(dǎo)的研究小組和以意大利Bologna大學(xué)的Pedulli、美國Vanderbilt大學(xué)的Porter和Pratt以及加拿大NRC的Ingold共同領(lǐng)導(dǎo)的國際藥物化學(xué)研究小組所做的工作更為出色。EPR波譜技術(shù)則是他們在抗氧化劑活性研究中所采用的基本且重要的工具和手段之一。

EPR波譜技術(shù)的應(yīng)用使人們對抗氧化劑的研究不斷深入，目前已從簡單定性地測定抗氧化劑清除自由基效率發(fā)展到定量測定表征抗氧化劑活性的相關(guān)物理化學(xué)參數(shù)上。研究者在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了影響抗氧化活性的取代基效應(yīng)、溶劑效應(yīng)以及抗氧化機理，安全高效抗氧化劑的設(shè)計與合成也已初見成果。近年來，隨著量子化學(xué)的快速發(fā)展及其在化學(xué)各個領(lǐng)域的應(yīng)用，建立在EPR測量參數(shù)基礎(chǔ)上的理論計算成為新型抗氧化劑設(shè)計合成的有力手段。

EPR是檢測和研究含有未成對電子的順磁性物質(zhì)的一種波譜學(xué)技術(shù)。由于這種技術(shù)可以直接檢測顆粒物或液相中的未成對電子，通過對順磁譜圖的分析，以此得到物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等信息，可用于定性和定量分析。在此研究中的EPR實驗結(jié)果均使用了EPR技術(shù)（德國Bruker EMXnano）去證實。該儀器有著高靈敏性、高穩(wěn)定性、操作簡便及檢測高效的優(yōu)點。

參考文獻(xiàn)：

Antioxidant Activity Studies Using Electron Paramagnetic ResonanceMethods  Cai Yu1 Wang Yongjian2 WangJian1 Song Chan1 Yu Ao 1＊＊ ( 1. Central Laboratory，College of Chemistry，Nankai University，Tianjin 300071，China; 2. Key Laboratory ofBioactive Materials，Ministry of Education，College of Life Sciences， Nankai University，Tianjin 300071，China)