Podłoża o różnych stosunkach (wt%) atomów C/H/O wykazują różne typy i stężenia stabilnych rodników, które można wykryć za pomocą rezonansu paramagnetycznego elektronów (EPR)8. Rodniki te zależą od struktury makrocząsteczek i są w dużym stopniu uwarunkowane ich naturą aromatyczną. Widmo EPR rodników węglowych charakteryzuje się pojedynczym, szerokim rezonansem. W takich przypadkach można wyznaczyć jedynie wartość g, szerokość linii oraz koncentrację spinów. Wartości g widm EPR mogą być wykorzystane do określenia, czy rodnik jest centrowany na węglu, czy na tlenie. Podstawowe równanie dla oddziaływania Zeemana elektronów
definiuje wartość g, gdzie h jest stałą Plancka, v jest stałą częstotliwością mikrofal stosowaną w eksperymencie, B0 jest rezonansowym polem magnetycznym, a βe jest magnetonem Bohra. Dla elektronów swobodnych wartość g wynosi 2,00232. Odchylenia wartości g od 2,00232 wiążą się z oddziaływaniami magnetycznymi obejmującymi moment pędu orbitalnego niesparowanego elektronu oraz jego otoczeniem chemicznym. Rodniki organiczne zazwyczaj mają wartości g zbliżone do g elektronu swobodnego, co zależy od położenia wolnego rodnika w matrycy organicznej3,8-10. Rodniki centrowane na węglu mają wartości g zbliżone do wartości g elektronu swobodnego 2,0023. Rodniki centrowane na węglu z sąsiednim atomem tlenu mają wyższe wartości g w zakresie 2,003-2,004, podczas gdy rodniki centrowane na tlenie mają wartości g >2,004. Wartość g w przedziale 2,0034-2,0039 jest charakterystyczna dla rodników centrowanych na węglu z pobliskim heteroatomem tlenu, co skutkuje zwiększeniem wartości g w stosunku do rodników czysto węglowych11-15. Szerokość linii jest regulowana przez proces relaksacji spinowo-sieciowej. Zatem oddziaływanie między sąsiednimi rodnikami lub między rodnikiem a paramagnetycznym tlenem prowadzi do skrócenia czasu relaksacji spinowo-sieciowej, a w konsekwencji do zwiększenia szerokości linii4-6.
Eksperymenty typu stopped flow z detekcją EPR umożliwiają obserwację zmian amplitudy sygnału EPR w czasie dla określonej wartości pola podczas oddziaływania dwóch faz poprzez akwizycję z przesuwem czasowym (wyświetlanie kinetyczne). Wynikiem takiego pomiaru jest stała szybkości tworzenia, rozpadu lub konwersji gatunku paramagnetycznego. Procedura ta jest analogiczna do dobrze znanej metody stopped flow z detekcją optyczną, w której obserwuje się zależność absorpcji optycznej od czasu dla określonej długości fali. Zazwyczaj eksperymenty stopped flow prowadzi się w stanie ciekłym, jednak rodniki niewykrywalne metodą EPR w stanie ciekłym ze względu na krótki czas relaksacji T1, jak np. rodnik hydroksylowy (OH×) lub ponadtlenkowy (O2-), nie mogą być badane bezpośrednio technikami EPR-stopped flow. Możliwe jest jednak badanie adduktów spinowych tych rodników z nitronami, co prowadzi do powstania rodników typu nitroksylowego (pułapki spinowe), ponieważ są one aktywne w EPR, a ich kinetykę można monitorować również za pomocą stopped flow EPR16-18.
Metoda pomiaru szybkości reakcji chemicznych z wykorzystaniem gazowych technik szybkiego przepływu z detekcją EPR została opracowana wcześniej19-22. W istocie metoda ta opiera się na pomiarze EPR stężenia substratu jako funkcji odległości (a tym samym, przy stałej prędkości, czasu), przez który substrat pozostawał w kontakcie z reaktywnym gazem w rurce przepływowej. Zazwyczaj stosuje się warunki, w których stężenie gazu reaktywnego jest w przybliżeniu stałe, tak aby mierzony rozpad miał charakter pseudo-pierwszego rzędu.
W niniejszej pracy zaimplementowano prosty układ przepływu gazu i wprowadzono stały strumień gazu na powierzchnię stałego podłoża węglowego.
Dzięki metodzie szczegółowo opisanej w niniejszej pracy udało się uzyskać interesujące wyniki, w których na tę oddziaływanie tlenu cząsteczkowego z pewną częścią istniejącej stabilnej struktury rodnikowej można wpływać odwracalnie poprzez proste przepływanie gazu diamagnetycznego przez próbki węgla w warunkach STP. W rezultacie zastosowania tej metody usunięcie oddziałującego gazu paramagnetycznego odsłania nową powierzchnię rodnikową o wartości g bliższej wartości elektronu swobodnego.