环境持久性自由基的电子顺磁共振检测和污染特征研究——访中科院生态环境研究中心刘国瑞研究员

电子顺磁共振（EPR）波谱仪是自由基检测的一种仪器分析技术。EPR在医学、生物、量子化学、物理学、环境以及化学领域等都有所应用。环境与健康是一个热门主题，其中，环境污染会导致怎样的健康效应，也是当下亟需回答的重要科学问题。电子顺磁共振在环境与健康研究领域也可能发挥重要作用。

除高活性和短寿命的自由基外，环境中还存在寿命较长的自由基，被称为环境持久性自由基（Environmentally Persistent Free Radicals: EPFRs）或长寿命自由基。EPFRs是十多年前提出的概念，它具有较长的半衰期和稳定性，在环境中存留时间长，增加了生物体的暴露时长，易诱发氧化应激反应，引起细胞和机体损伤等，被认为是一类新型的环境污染物。而实际追溯到1900年，冈伯格发现的第一个自由基——三苯甲基自由基，也是长寿命自由基。目前关于环境中EPFRs的存在及其环境效应研究引起国内外科研人员的广泛重视，开展相关研究工作的课题组逐渐变多。中科院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘国瑞研究员较早在国内开展了一些EPFRs相关的工作并取得了不错的成果。

日前，仪器信息网特别采访到了刘国瑞研究员，他讲述了与EPR、EPFRs的故事。

刘国瑞的主要工作集中在两个方面：1.持久性有机污染物（POPs）：如二噁英、溴代二噁英、多氯萘和卤代多环芳烃等持久性有机污染物，建立典型POPs的高灵敏分析方法，阐明了POPs在环境中的污染特征，发现一些潜在排放源并开展了机理和控制原理研究；2.环境持久性自由基（EPFRs）：主要研究EPFRs的环境污染特征和转化机理相关的工作。

被问到当初选择研究EPFRs的原因，刘国瑞介绍到主要有两个因素，一是想要深入了解二噁英等POPs的分子机理，反应过程的中间体检测至关重要，使用顺磁共振技术可以检测反应过程中的自由基中间体，从而推断二噁英的分子机理。另一个原因是2015年基金委启动了重大研究计划项目——大气细颗粒物的毒理与健康效应。“我们重点实验室江老师鼓励我去做大气细颗粒物里的自由基相关的研究工作，”刘国瑞说道，“2015年左右是北京雾霾天气比较严重的时候，我们课题组采集了北京市大气细颗粒物样品，检测了其中的EPFRs，发现不同粒径的颗粒物中EPFRs有不同的分布，越细的颗粒物中吸附的EPFRs含量也越高，由此导致的潜在健康效应值得进一步关注。”

该研究工作发表在当时环境领域的国际知名杂志ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY（ES&T）上。

刘国瑞在EPFRs相关研究工作中主要使用了电子顺磁共振波谱和色谱/质谱联用两大类分析技术，电子顺磁共振波谱技术可检测未成对电子，即反应过程中的自由基中间体；色谱质谱联用可对反应后产物进行鉴定，用于研究生成机理。刘国瑞表示，未来希望能将电子顺磁共振和色谱/质谱仪器同时与化学反应器连接使用，同时检测反应中的自由基中间体并鉴定反应后的产物。实验室使用的电子顺磁共振波谱仪器来自布鲁克的EMXplus电子顺磁共振波谱仪。

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