羥基自由基（•OH）是自然界中最主要的天然氧化劑，是環境中氧化性最強的活性氧物種（Reactive oxygen species；ROS）之一。羥基自由基具有不成對電子的高度不穩定的自由基，其氧化能力僅次于氟。
　　ROS是一種天然存在的具有很強反應活性的物質，包括O2•-、H2O2、1O2和•OH等。
　　羥基自由基的形成方式主要是通過光化學反應，包括溶解性有機質的光敏反應，硝酸鹽和亞硝酸鹽的光降解、光催化反應以及光芬頓反應等。
　　其中，溶解有機質（DOM）的光敏反應是指DOM中的發色基團能夠吸收500 nm以下的陽光，形成不穩定的1DOM*或者3DOM*。這是水體中•OH的主要來源。
　　硝酸鹽和亞硝酸鹽的光解反應則是指，硝酸鹽其在302 nm處有吸收峰，而陽光能夠激發其產生n→π*躍遷進而發生光化學轉化，并形成羥基自由基。而亞硝酸鹽則在220 nm處有比較容易發生躍遷的吸收峰。
　　光催化過程是指光催化劑吸收一定的光子后被激發，產生自由電子和空穴，該空穴的得電子能力較強，可以氧化吸附在表面的HO-以及H2O，形成•OH。目前催化劑主要有TiO2、ZnO2、ZrO2、CdS、ZnS等金屬氧化物和金屬硫化物。
　　光芬頓反應則與鐵氧化物的轉化相關，Fe2+起到催化的作用，其分解H2O2生成•OH，自身被氧化為Fe3+。另外Fe3+在光還原的過程中也會產生•OH。
　　此外，有研究發現暗反應也是•OH的重要形成機制。主要是由還原態腐殖質（HAred）氧化所導致的。其機理主要包括兩種途徑，一種是金屬誘導的類芬頓反應，即還原類物質氧化過程中會產生H2O2，隨后還原態腐殖質與Fe2+絡合反應生成•OH。第二種途徑是有機質引起的•OH形成，腐殖質中原有的半醌物質由于氧氣的出現，被氧化為H2O2，最終形成•OH。此外，生物體和細胞過程也能形成•OH。
　　一般研究使用對苯二甲酸（TPA）來測定土壤或水體中的羥基自由基。在土壤溶液或者水體中加入TPA溶液，羥基自由基隨后可以與其反應并形成2羥基苯甲酸（HTPA）。在黑暗有氧的條件下培養一段時間后，測定溶液中的HTPA含量，通過公式可以計算出
　　具體方法可以參考以下文獻：
　　Mopper,K.;Zhou,X.Hydroxyl radical photoproduction in the sea and its potential impact on marine processes.Science 1990,250,661−664
　　此外還有研究利用香豆素（Coumermycin，COU）與羥基自由基反應并測定其羥基化產物7h-COU來表征羥基自由基的含量。
　　Journal:Envrionmental Science&Technology
　　Title:Active Iron Phases Regulate the Abiotic Transformation of Organic Carbon during Redox Fluctuation Cycles of Paddy Soil
　　活性鐵氧化物調節水稻土氧化還原波動循環中的有機碳非生物轉化
　　DOI:
　　https://doi.org/10.1021/acs.est.1c04073
　　研究目的：鐵氧化物一般在土壤中被認為起到保護有機碳的作用，但在氧化還原波動的條件下，鐵介導的非生物轉化過程可能會引起有機碳的損失。該研究評估了水稻土氧化還原循環中鐵氧化物在驅動羥基自由基的產生以及有機碳轉化過程中的作用。
　　研究方法：該研究收集了成都，長沙和鷹潭三個地區的水稻土，然后設置了一個Batch實驗。該實驗包括厭氧培養，微氧培養以及有氧培養三個處理，共5次循環，每次循環前將土壤泥漿厭氧培養15天（下圖）。
　　研究結果：
　　1.未滅菌的土壤懸液中，三種土壤二氧化碳的產生速率沒有顯著的差異。但是，有氧條件下的二氧化碳產生速率比厭氧條件下高出131-138%（下圖）。隨著循環周期的增加，二氧化碳的產生逐漸降低，接下來主要研究第一次循環中的二氧化碳產生情況。通過γ-輻射殺菌后累積二氧碳產生降低了7.3-12.1%。表明非生物過程主導了二氧化碳的釋放。
　　2.羥基自由基的測定（•OH）發現，厭氧條件下沒有•OH的產生（下圖a）。溶解氧是•OH形成的主要限制因素（下圖b）。與厭氧和微氧條件下相比，•OH的產生速率在有氧條件下有所提升。γ輻射幾乎沒有改變•OH的產生（下圖c），這表明•OH的產生主要是由氧氣介導的過程。
　　3.為了確定Fe(II)對•OH產生的貢獻，添加2,2-聯吡啶（BPY）到土壤中來監視水合二價鐵和表面暴露的Fe(II)基團的貢獻。結果表明存在BPY的情況下，•OH的產生降低了88.1-82.9%。此外土壤泥漿中的Fe(II)含量與•OH的積累量呈現正相關。這些結果表明Fe(II)基團對•OH的產生起到重要作用。
　　該研究還用連續提取法測定了氯化鈣提取的鐵（CaCl2-Fe），0.5 M HCl所提取的鐵（0.5 M HCl-Fe），5 M HCl所提取的鐵（5 M HCl-Fe），以及氫氟酸所提取的鐵（HF-Fe）。
　　結果發現，氧氣暴露后CaCl2-Fe(II)在長沙和成都的水稻土中被完全氧化，但是在鷹潭土壤中逐漸下降（下圖）。這可能是受到土壤pH的影響。鷹潭土壤較低的土壤pH可能引起更多的交換性Fe(II)被氧化。接觸氧氣也引起了0.5M HCl-Fe（II）的快速下降，長沙和成都水稻土中的0.5M HCl-Fe(II)氧化速率高于鷹潭（下圖）。接觸氧氣后，5M HCL-Fe(II)略有下降，而HF-Fe(II)則沒有顯著變化。以上結果表明，CaCl2-以及0.5 M HCl-Fe(II)可能是引起•OH產生的主要因素。
　　研究還監測了氧化還原循環前后的Fe(II)礦物。發現厭氧和微氧之間Fe(II)礦物的差異并不顯著。有氧處理中，5次循環后CaCl2-以及0.5 M HCl-Fe(II)下降了54.5-81.6%，而5 M HCl-Fe(II)僅下降了11.9-31.3%。Fe(II)的降低伴隨著•OH的降低，這表明Fe(II)顯著影響著•OH的產生。
　　4.多元回歸分析也表明，•OH的產生與CaCl2-以及0.5 M HCl-Fe(II)顯著相關，0.5 M HCl-Fe(II)的相關性更高，表明其可能起到更重要的作用。
　　由于0.5 M HCl-Fe(II)能夠溶解表面吸附的或復合的鐵（例如銹狀或碳酸鹽結合的鐵），在一次循環中進行了一個單獨提取實驗，在氯化鈣提取后，先后進行磷酸二氫鈉以及乙酸鈉浸提的鐵的測定。殘余的Fe(II)被認為是不可提取的部分，可以用0.5 M HCl-Fe(II)減去前面兩種形態的鐵得到。結果發現，成都土壤中暴露于氧氣12h后有更多的磷酸二氫鈉結合的鐵（NaH2PO4-Fe(II))。長沙土壤中，氧氣的暴露引起了磷酸二氫鈉和乙酸鈉結合鐵（NaAC-Fe）的迅速下降，隨后下降速率減緩，而殘基Fe(II)則發生連續下降。以上結果表明，•OH的形成最初是由NaH2PO4-Fe(II)以及NaAC-Fe(II)驅動的，然后是殘基Fe(II)。由于氧化的NaH2PO4-Fe(II)和殘基Fe(II)更高，表明這二者對•OH的形成更重要。
　　5.該研究還探究了總鐵（TFe)的轉化。結果發現CaCl2-TFe完全下降到檢出限以下，表明有氧過程中發生了CaCl2-TFe的轉化。0.5 M HCl-TFe在0.5h內下降，隨后緩慢上升，表明其發生快速的轉化，隨后由于CaCl2-TFe的轉化而逐漸提升。5M CaCl2-TFe則有所提升，可能與前兩種物質向其轉化有關。γ-射線照射并未顯著影響鐵礦物的轉化。總之，這些結果表明CaCl2-and 0.5 M HCl-Fe在接觸氧氣過程中轉化為結晶度更高的礦物。對整個氧化還原階段前后鐵氧化物的研究也發現了類似的趨勢。
　　通過穆斯堡爾譜的進一步研究發現，有氧處理提升了QSD（四級分裂分布）Fe(III)和HFD-Hae（超精細場分布赤鐵礦）以及HFD-Gt（針鐵礦）。但是降低了HFD-Fh（水鐵礦）的比例以及大部分無序的Fe(III)氧化物。這些結果進一步表明氧化還原過程中出現了非晶型鐵向晶型鐵轉化的過程。
　　6.該研究還測定了連續提取法產物中的有機碳（OC）含量，結果發現，碳含量與鐵鋁含量正相關，表明鐵產物的轉化會影響碳的移動。在厭氧和微氧條件下，CaCl2提取的OC（CaCl2-EOC）隨著氧化還原的循環逐漸提升，伴隨著0.5M HCl提取的OC（0.5 M HCl-EOC）下降，表明0.5M HCl-EOC向CaCl2-EOC的移動。總的EOC出現下降，表明氧化還原循環過程中出現了碳的損失，主要減少了0.5M HCl-EOC，這表明其生物利用度更高。