电子顺磁共振的基本原理是什么


发布时间:2021-01-18 15:37:31 浏览量 18 views
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摘要: 电子顺磁共振是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子,并探索其周围环境的结构特性。

电子顺磁共振的基本原理是什么

电子顺磁共振是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子,并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言,轨道磁矩几乎不起作用,总磁矩的绝大部分(99%以上)的贡献来自电子自旋,所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”(ESR)。



电子顺磁共振基本原理

电子是具有一定质量和带负电荷的一种基本粒子,它能进行两种运动;一种是在围绕原子核的轨道上运动,另一种是对通过其中心的轴所作的自旋。由于电子的运动产生力矩,在运动中产生电流和磁矩。在外加恒磁场H中,电子磁矩的作用如同细小的磁棒或磁针,由于电子的自旋量子数为1/2,故电子在外磁场中只有两种取向:一与H平行,对应于低能级,能量为-1/2gβH;一与H逆平行,对应于高能级,能量为+1/2gβH,两能级之间的能量差为gβH。若在垂直于H的方向,加上频率为v的电磁波使恰能满足hv=gβH这一条件时,低能级的电子即吸收电磁波能量而跃迁到高能级,此即所谓电子顺磁共振。在上述产生电子顺磁共振的基本条件中,h为普朗克常数,g为波谱分裂因子(简称g因子或g值),β为电子磁矩的自然单位,称玻尔磁子。以自由电子的g值=2.00232,β=9.2710×10-21尔格/高斯,h=6.62620×10-27尔格·秒,代入上式,可得电磁波频率与共振磁场之间的关系式:(高斯)= 2.8025(兆赫)。

检测对象

① 在分子轨道中出现不配对电子(或称单电子)的物质。如自由基(含有一个单电子的分子)、双基及多基(含有两个及两个以上单电子的分子)、三重态分子(在分子轨道中亦具有两个单电子,但它们相距很近,彼此间有很强的磁的相互作用,与双基不同)等。

② 在原子轨道中出现单电子的物质,如碱金属的原子、过渡金属离子(包括铁族、钯族、铂族离子,它们依次具有未充满的3d,4d,5d壳层)、稀土金属离子(具有未充满的4f壳层)等。

波谱仪

绝大多数仪器工作于微波区,通常采用固定微波频率v,而改变磁场强度H来达到共振条件。但实际上v若太低,则所用波导答尺寸要加大,变得笨重,加工不便,成本贵;而v又不能太高,否则H必须相应提高,这时电磁铁中的导线匝数要加多,导线加粗,磁铁要加大,亦使加工困难。

关键词 : 电子顺磁共振
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