紫外线照射水溶液时自由基如何生成，是健康研究与环境保护领域关注的问题之一。赫尔姆霍茨柏林中心（HZB）研究人员依托同步辐射装置BESSY II，提出一种用于研究溶液中羟基自由基（OH·）的新方法，并据此获得对反应路径的新认识。相关成果已发表在《美国化学会志》上。

羟基自由基广泛存在于对流层及人体细胞等环境中。在人体内，羟基自由基与氧化应激相关，并被认为会加速衰老过程。在河流和湖泊等水体中，羟基自由基也呈增加趋势；研究人员指出，这些自由基可由过度施肥土壤进入水体的氮氧化物在光解作用下产生。当阳光中的紫外线照射氮氧化物时，会生成羟基自由基及一系列其他自由基。由于自由基反应速度极快，其化学性质难以被准确表征。

该研究由HZB的亚历山大·费利施（Alexander Föhlisch）教授团队完成。团队利用BESSY II的X射线吸收光谱技术，研究水中由氮氧化物形成的羟基自由基的化学性质。

研究第一作者Leo Cordsmeier表示，团队使用液体喷射样品池，使其能够在更接近真实条件下研究溶液中的分子反应，并称这一实验条件在BESSY II上得以实现。为追踪自由基反应过程，研究人员引入了可“捕获”自由基的分子策略：分子TEMPO此前已被用于捕获碳和氮氧化物自由基。

Cordsmeier称，研究中将TEMPO作为一种“传感器”使用：该分子直接参与反应，且在实验中易于检测，从而使团队能够对羟基自由基的反应进行直接分析。

借助这一方法，研究人员得以逐步观察含氮氧化物水溶液在紫外线照射下自由基的形成过程，以及自由基被TEMPO捕获的过程。团队还测量到一个意外的中间态，并据此更精确地重建了反应路径。研究结果显示，羟基自由基的质子首先与TEMPO发生反应。

费利施表示，团队对TEMPO捕获羟基自由基的机制给出了不同于既有文献描述的证据：该过程并非通过两分子之间的结合中间态进行，而是通过电子转移完成。研究人员称，这一发现也促使团队建立起一种研究溶液中自由基的新方法，可选择性观察键断裂与新键形成的位置。