كشف الملوثات البيئية - تطبيقات EPR (ESR).

باعتباره إحدى الأزمات العالمية، يؤثر التلوث البيئي على حياة الإنسان وصحته. هناك فئة جديدة من المواد الضارة بيئيًا بين ملوثات الهواء والماء والتربة - الجذور الحرة الثابتة بيئيًا (EPFRs). توجد EPFRs في كل مكان في البيئة ويمكن أن تحفز توليد أنواع الأكسيد التفاعلي (ROS)، والتي تسبب تلف الخلايا والجسم وهي أحد أسباب السرطان ولها تأثيرات بيولوجية قوية. يمكن لتقنية الرنين المغنطيسي الإلكتروني (EPR أو ESR) اكتشاف EPFRs وتحديد كميتها للعثور على مصدر الخطر وحل المشكلة الأساسية.

ما هي EPFRs

EPFRs هي فئة جديدة من المواد ذات المخاطر البيئية التي تم اقتراحها نسبةً إلى الاهتمام التقليدي بالجذور الحرة قصيرة العمر. ويمكن أن تتواجد في البيئة لمدة تتراوح بين عشرات الدقائق وعشرات الأيام، ولها عمر طويل، كما أنها مستقرة ومستمرة. يعتمد استقرارها على استقرارها الهيكلي، وليس من السهل أن تتحلل، ومن الصعب أن تتفاعل مع بعضها البعض لتنفجر. يعتمد استمرارها على الخمول لأنه ليس من السهل التفاعل مع المواد الأخرى الموجودة في البيئة، لذلك يمكن أن تستمر في البيئة. EPFRs الشائعة هي سيكلوبنتادينيل، سيميكوينون، فينوكسي، وجذور أخرى.

EPFRs المشتركة

من أين تأتي تقارير EPFR؟

توجد EPFRs في مجموعة واسعة من الوسائط البيئية، مثل الجسيمات الجوية (مثل PM 2.5)، وانبعاثات المصانع، والتبغ، وفحم الكوك، والخشب والبلاستيك، وجسيمات احتراق الفحم، والأجزاء القابلة للذوبان في المسطحات المائية، والتربة الملوثة عضويًا، وما إلى ذلك. تمتلك EPFRs مجموعة واسعة من مسارات النقل في الوسائط البيئية ويمكن نقلها من خلال الصعود الرأسي، والنقل الأفقي، والترسيب الرأسي إلى المسطحات المائية، والترسيب الرأسي إلى الأرض، وهجرة المسطحات المائية نحو الأرض. في عملية الهجرة، قد تتولد جذور تفاعلية جديدة، والتي تؤثر بشكل مباشر على البيئة وتساهم في المصادر الطبيعية للملوثات.

تكوين ونقل EPFRs (التلوث البيئي 248 (2019) 320-331)

تطبيق تقنية EPR للكشف عن EPFRs

EPR (ESR) هي تقنية التحليل الطيفي الموجي الوحيدة التي يمكنها اكتشاف ودراسة المواد التي تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة بشكل مباشر، وتلعب دورًا مهمًا في اكتشاف EPFRs نظرًا لمزاياها مثل الحساسية العالية والمراقبة في الموقع في الوقت الفعلي. للكشف عن EPFRs، يوفر التحليل الطيفي EPR (ESR) معلومات في كلا الأبعاد المكانية والزمانية. يشير البعد المكاني إلى أطياف EPR التي يمكنها إثبات وجود الجذور الحرة والحصول على معلومات حول التركيب الجزيئي، وما إلى ذلك. ويسمح اختبار EPR بتحليل الأنواع مثل الجذور الحرة في العينة، حيث يمكن لأطياف الموجة المستمرة EPR توفير معلومات مثل كعامل g وثابت الاقتران فائق الدقة A، والذي بدوره يسمح للباحثين بالحصول على معلومات مثل البنية الإلكترونية للجذور الحرة. ويعني البعد الزمني أنه يمكن استنتاج نصف عمر EPFRs من خلال مراقبة الوقت الحالي لإشارات EPR.

تطبيق تقنية EPR في الكشف عن EPFRs في بيئة التربة

إن معالجة البترول وتخزينه ونقله والتسرب المحتمل من صهاريج التخزين كلها عرضة لتلوث التربة. على الرغم من أنه يمكن استخدام تقنيات المعالجة الحرارية لمعالجة التربة الملوثة بمختلف المبيدات الحشرية وشبه المتطايرة ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، إلا أن التسخين قد يغير الخواص الفيزيائية والكيميائية للتربة. يمكن دراسة تأثير المعالجة الحرارية ذات درجات الحرارة المنخفضة على الفينول الخماسي الكلور وEPFRs في التربة باستخدام تقنيات EPR.

تمت معالجة التربة حرارياً واختبارها من أجل EPR (ESR) باستخدام نوعين من التدفئة: التسخين المغلق (ظروف نقص الأكسجين) والتدفئة المفتوحة (الظروف الغنية بالأكسجين). وأظهرت نتائج الاختبار إشارة جذرية EPR (ESR) أوسع وأضعف قليلاً في التربة المفتوحة الساخنة، مما يشير إلى أن التسخين المفتوح أدى إلى تكوين جذري للفينول الخماسي الكلور أو أي جذري آخر مماثل له بنية مركزها الأكسجين. كان أعلى تركيز EPFR هو 10 × 1018 دورة / جم تحت التسخين المفتوح عند 100 درجة مئوية و12 × 1018 دورة / جم تحت التسخين المغلق عند 75 درجة مئوية. وتشير النتائج إلى أن المعالجة بدرجة حرارة منخفضة للتربة الملوثة بالفينول الخماسي الكلور يمكن أن تحول الفينول الخماسي الكلور إلى EPFRs أكثر سمية والتي قد تكون موجودة في البيئة لفترة طويلة بما فيه الكفاية.

أطياف EPR للتربة المغلقة والمفتوحة الحرارة والتركيزات المقابلة لـ EPFRs والفينول الخماسي الكلور (Environ Sci Technol, 2012, 46(11): 5971-5978)

تطبيق تقنية EPR للكشف عن EPFRs في دخان التبغ

دخان التبغ عبارة عن هباء جوي يتكون من جزيئات/قطرات (TPM، إجمالي المواد الجسيمية) والمواد الكيميائية في الطور الغازي (الغازات السامة، والمركبات العضوية المتطايرة، والجذور قصيرة العمر، وما إلى ذلك). يحتوي TPM على تركيزات عالية من EPFRs طويلة العمر، والجذور المستقرة. التي تسبب تلف الحمض النووي من خلال تكوين جذور الهيدروكسيل (-OH)، مما يؤدي إلى آثار سلبية طويلة المدى على صحة الإنسان.

بالنسبة للسجائر التقليدية، فإن وجود الجذور الحرة المتمركزة في الكربون يجعلها قابلة للاكتشاف بواسطة تقنيات EPR. بالنسبة للسجائر الإلكترونية الحديثة، تسمح تقنية EPR بتحديد الجذور الحرة المتولدة أثناء استنشاق السجائر الإلكترونية والتقدير الكمي لتوليد EPFRs وإنتاج ROS في TPM، على التوالي.

كمية جذور الهيدروكسيل المتكونة بواسطة السجائر الإلكترونية TMP (علوم وتكنولوجيا البيئة 2020 54 (9)، 5710-5718)

تطبيق تقنية EPR في الكشف عن EPFRs في مناطق التعدين التي تعمل بالفحم

Xuanwei، يوننان، الصين، هي منطقة ذات معدلات عالية من سرطان الرئة. المنطقة غنية باحتياطيات الفحم البيتوميني ويستخدم السكان الفحم البيتوميني في حياتهم اليومية وإنتاجهم الصناعي. ينتج عن احتراق الفحم البيتوميني ملوثات تحتوي على مواد مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، والتي تعتبر السبب الرئيسي لارتفاع معدلات الإصابة بسرطان الرئة. تعد الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) من أكثر الملوثات الكيميائية المسببة للسرطان والمسخية توزيعًا على نطاق واسع في البيئة. الجزيئات نفسها ليست ممغنطة ولكن تتأكسد بسهولة إلى الجذور الكاتيونية المقابلة تحت تأثير محفزات السيليكا والألومنيوم. هذه الجذور الكاتيونية الممتصة على سطح المحفز تكون مستقرة ويمكن اكتشافها بواسطة التحليل الطيفي EPR. وفي الوقت نفسه، ترتبط شدة إشارة EPR خطيًا بتركيز PAHs، لذلك يمكن مراقبة التركيز الإجمالي لـ PAHs بواسطة التحليل الطيفي EPR.

CIQTEK التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR).

يوفر التحليل الطيفي CIQTEK EPR (ESR) طريقة تحليلية غير مدمرة للكشف المباشر عن المواد البارامغناطيسية. يمكنه دراسة تكوين وبنية وديناميكيات الجزيئات المغناطيسية، وأيونات المعادن الانتقالية، والأيونات الأرضية النادرة، والمجموعات الأيونية، والمواد المخدرة، والمواد المعيبة، والجذور الحرة، والبروتينات المعدنية، والمواد الأخرى التي تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة، ويمكن أن توفر في الموقع وغير - معلومات مدمرة على المقياس المجهري لدوران الإلكترون والمدارات والنوى. لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والمواد والصناعة.