Ponieważ szerokość linii widma absorpcyjnego EPR zależy liniowo od częstości kolizji zależność między szerokością linii a stężeniem tlenu powinna być liniowa, stąd szerokość linii może być używana do ilościowego pomiaru stężenia tlenu.
Dla znaczników w postaci stałej, poszerzenie linii opiera się na wymianie spinowej Heisenberga. W nieobecności tlenu rodniki znacznika spinowego przechodzą intensywną wymianę Heisenberga elektron-elektron, czego skutkiem jest zwężenie linii widma EPR. W obecności zwężenia wymiennego każde poszerzenie linii (np. przez oddziaływanie dipolowe) jest szybko zwężane. Po wprowadzeniu tlenu wymiana spinowa między tlenem a znacznikiem skutkuje odwracalnym poszerzeniem widma EPR.
Poszerzenie linii z powodu wymiany spinowej między znacznikiem a tlenem wyraża równanie:
gdzie: – szerokość linii pod nieobecność tlenu, – prawdopodobieństwo zajścia wymiany, w wodzie przyjmuje się = 1, – stosunek żyromagnetyczny dla elektronu.
Na podstawie wzoru (1):