《Molecules》：UV-Induced Colour Changes in Bio-Based Coating Formulations Containing Turmeric and Madder Studied by EPR and FTIR
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研究人员利用电子顺磁共振（EPR）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）研究了含天然色素茜草（Rubia tinctorum）与姜黄（Curcuma longa）的生物基涂层配方在紫外（UV）辐照下的变色机制。体系以Epidian? 5环氧（epoxy）树脂与Pol
研究人员利用电子顺磁共振（EPR）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）研究了含天然色素茜草（Rubia tinctorum）与姜黄（Curcuma longa）的生物基涂层配方在紫外（UV）辐照下的变色机制。体系以Epidian? 5环氧（epoxy）树脂与Polimal? 109不饱和聚酯（polyester）树脂为基体，分别引入自由基型与阳离子型光引发剂。EPR分析揭示过渡金属离子（Fe3?、Cu2?）与有机自由基参与光氧化过程：g ≈ 4.3、g = 2.2–2.3与g = 2.001信号分别关联于Fe3?、Cu2?及芳香自由基。UV辐照促使姜黄环氧体系生成氧中心与酚氧型自由基，茜草体系生成酚氧与半醌自由基；FTIR结构演化与色变相互印证，且聚酯体系色变动力学更缓。结果表明，EPR与FTIR可有效解析含植物源色素聚合物涂层中的UV诱导过程，并为环境友好涂层中生物基组分的光化学稳定性提供见解。
研究背景与问题导向
在可持续材料发展趋势下，工业栽培植物源添加剂正被尝试替代传统合成色料，用于装饰与防护涂层。姜黄（Curcuma longa）富含姜黄素类多酚，茜草（Rubia tinctorum）以蒽醌类发色团为主，二者具天然着色潜力，但UV暴露下易发生光化学转化，表现为褪变、暗化或色调偏移。当前短板在于：天然色素在聚合物基质中的光降解路径不清，自由基与过渡金属中心的动态贡献缺乏原位证据，且环氧阳离子固化与聚酯自由基固化两种体系的可比数据不足。因此，研究人员以EPR直接捕获未成对电子中心，以FTIR关联分子结构演变，以CIELAB量化色变，旨在阐明生物基涂层UV变色机制，为可控UV响应材料设计提供依据。
主要技术方法
研究人员构建三类涂层模型：茜草提取物和姜黄粉分别分散于Epidian? 5环氧体系，搭配三芳基锍六氟锑酸盐阳离子光引发剂；茜草提取物置于Polimal? 109不饱和聚酯体系，搭配Irgacure 651自由基光引发剂。样品经中压汞灯多色UV辐照（含UVB与UVA成分，0–10 min梯度）。核心表征为：电子顺磁共振（EPR，检测自由基与顺磁中心g因子、线宽与强度演化）；傅里叶变换红外光谱（FTIR，追踪羰基、环氧环、芳环与醚键振动）；CIELAB色度学测量（L、a、b、C、h°量化颜色轨迹）。样本色素来源为商品化植物提取物与姜黄粉，无独立临床或队列来源。
研究结果
2.1 EPR光谱分析
2.1.1 茜草的EPR研究
对茜草-光引发剂混合物辐照前后比对，发现g ≈ 4.25对应高自旋Fe3?菱面体环境；辐照后g ≈ 2.19宽峰提示低自旋Fe3?及可能Cu2?重叠；g = 2.001窄信号归属半醌/酚氧自由基，辐照后增强，表明蒽醌发色团持续生成稳定有机自由基，是色变主因。
2.1.2 姜黄的EPR研究
姜黄混合物中，辐照后出现g ≈ 2.92低自旋Fe3?成分；g ≈ 2.04–2.06宽信号符合Cu2?（d?）轴向各向异性，酚氧自由基信号被宽金属信号掩盖。色变与姜黄素类光氧化及金属中心活化相关。
2.1.3 含茜草环氧涂层配方EPR研究
随时间辐照显示：宽铁磁互作组分A反映磁相互作用重组；Cu2?宽谱区B含超精细结构，A∥约253 G，提示配位环境动态变化；g ≈ 2.001窄线C（半醌/酚氧自由基）单调累积。证明体系为耦合光氧化还原系统，稳定自由基积累驱动红色调衰退与黄化。
2.1.4 含姜黄环氧涂层配方EPR研究
初始主信号g ≈ 2.26，符合Cu2?平行分量g∥；短时辐照强度波动，随后出现g ≈ 2.95与g ≈ 2.75等Fe3?相关分量。未直接分辨酚氧自由基单峰，但宽金属响应与有机自由基重叠，反映Curcuminoid光降解中的配位环境重构。
2.1.5 含茜草聚酯涂层配方EPR研究
Fe3?（g ≈ 4.26）信号稳定；Cu2?宽带B随时间还原/重氧化与配位分裂；g ≈ 2.001自由基D缓慢增强。相较环氧体系，聚酯中自由基积累与色变启动更迟，说明聚合机制影响光化学时序。
2.2 FTIR分析
2.2.1 含茜草环氧涂层FTIR
UV下环氧环~915 cm?1减弱、C–O–C醚键增强、O–H展宽；蒽醌羰基1650/1675 cm?1弱变，~1750 cm?1瞬态羰基提示自由基氧化中间体。与EPR自由基生成互证。
2.2.2 含姜黄环氧涂层FTIR
树脂固化同上述；姜黄羰基~1700 cm?1与瞬态~1780 cm?1动态起伏，关联姜黄素酮-烯醇转化及氧中心/酚氧自由基路径。
2.2.3 含茜草聚酯涂层FTIR
变化迟于环氧体系：3 min后羰基、C–O、芳环1590 cm?1演化，说明聚酯基质与自由基引发机制使色素结构转化更缓，芳香骨架重排伴随半醌积累。
2.3 颜色测量
2.3.1 含茜草环氧涂层
初值红黄强烈；早期L下降后回升，a持续降低（红损），b*上升（黄增），h°移向黄区。表明茜草发色团衰退叠加环氧基质黄化，终态更亮且偏黄。
2.3.2 含姜黄环氧涂层
初始高明度黄绿；15 s内L骤降、a由负转正、b与C衰减；8–10 min深暗棕绿。反映π共轭破坏、黄色丧失与暗化产物生成。
2.3.3 含茜草聚酯涂层
快速暗化，L与b、C持久下降，a保留正红；h°略移红橙。色变不可逆且较环氧更慢，印证基质与引发机制调控光响应。
讨论与结论翻译
讨论指出，EPR宽金属信号与窄有机自由基信号须联合FTIR与色度学解读；窄g ≈ 2.001自由基是最明确的光化学标志物，而Cu2?/Fe3?宽带具时间涨落与定性局限。相同茜草在不同基质中轨迹分化，说明色变非单纯UV剂量结果，而由色素、树脂、光引发剂与聚合机制共同决定。
结论部分翻译：
联合EPR、FTIR与CIELAB分析表明，UV辐照诱导含姜黄与茜草聚合物涂层发生显著颜色与化学结构改变。EPR揭示宽过渡金属相关信号与窄有机自由基信号并存；FTIR支持光化学结构转化。酚氧、半醌与氧中心自由基被提出为可能路径，但其精确结构未能唯一确定。色响依赖配方与辐照时间：姜黄环氧趋于暗化与退饱和，茜草环氧转向亮黄，茜草聚酯变化更缓。差异源于基质、光引发剂与聚合机制协同。结果为基于天然色素的UV可控变色生物基涂层开发提供基础，后续需拓展LED、激光与电子束等辐照条件验证。
现有解读已完成，接下来可以选择一个方向继续深化：
