自旋量子共振仪

1.电子自旋共振谱仪是什么
子顺磁共振(EPR)是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,是研究化合物或矿物中不成对电子状态的重要工具,用与定性和定量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.电子顺姿共振亦称电子自旋共振(EPR).
其基本原理为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:
一是在围绕原子核的轨道上运动,二是通过本身中心轴所做的自旋.由于电子运动产生力矩,在运动中产生电流和磁矩,.在外加磁场中,简并的电子自旋能级将产生分裂.若在垂直外磁场方向加上合适频率的电磁波,能使处于低自旋能级的电子吸收电磁波能量而跃迁到高能级,从而产生电子的顺磁共振吸收现象.
电子顺磁共振谱仪由辐射源、谐振腔、样品座、信号接收、放大和记录器等部分组成.矿物的EPR谱可以提供矿物中具有顺磁中心的杂质的晶格位置、价态、局域对称、浓度及晶体场参数等信息,从而研究基态电子结构和化学键性质,解释矿物的某些物理性质.
电子顺磁共振谱仪在矿物学中的主要应用一是研究矿物中顺磁性杂质离子(浓度低于1%),如过度元素离子和稀土元素离子的类质同像置换、有序-无序、化学键及晶格参量和局域对称;二是研究于点缺陷有关的电子-空穴中心的类型、浓度、性质等.电子顺磁共振谱在矿物颜色研究方面也有重要作用
2.电子自旋共振的基本原理是什么
电子自旋共振
因为电子有1／2的自旋，所以在外加磁场下能级二分。当外加具有与此能量差相等的频率电磁波时，便会引起能级间的跃迁。此现象称为电子自旋共振。缩写为ESR 。对相伴而产生的电磁波吸收称ESR吸收。产生ESR的条件为νo（MHz）＝1.4·g·Ho（高斯）。式中νo为电磁波的频率，Ho为外部磁场强度，g为g因子（g factor）或g值。
一个分子中有多数电子，一般说每二个其自旋反相，因此互相抵消，净自旋常为0 。但自由基62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333262383635有奇数的电子，存在着不成对的电子（其无与之相消的电子自旋）。也有的分子虽然具有偶数的电子，但二个电子自旋同向，净自旋为一（例如氧分子）。原子和离子也有具有净自旋的，Cu2+、Fe3+、和Mn2+等常磁性离子即是。
这些原子和分子为ESR研究的对象。由于电子自旋与原子核的自旋相互作用，ESR可具有几条线的结构，将此称为超微结构（hyperfine　stru-cture）。g因子及超微结构都有助于了解原子和分子的电子详细状态。也可鉴定自由基。另外，从ESR吸收的强度可进行自由基等的定量。因为电子自旋的缓和依赖于原子及分子的旋转运动，所以通过对ESR的线宽测定，可以了解原子及分子的动的状态。
虽然原理类似于核磁共振，但由于电子质量远轻于原子核，而有强度大许多的磁矩。以氢核(质子)为例，电子磁矩强度是质子的659.59倍。因此对于电子，磁共振所在的拉莫频率通常需要透过减弱主磁场强度来使之降低。但即使如此，拉莫频率通常所在波段仍比核磁共振拉莫频率所在的射频范围还要高——微波，因而有穿透力以及对带有水分子的样品有加热可能的潜在问题，在进行人体造影时则需要改变策略。
举例而言，0.3　特斯拉的主磁场下，电子共振频率发上在8.41　吉赫，而对于常用的核磁共振核种——质子而言，在这样强度的磁场下，其共振频率为12.77　兆赫。
ESR应用在多个领域，包括了：
▲固态物理，辨识与定量自由基分子(即带有不成对电子的分子) 。
▲化学，用以侦测反应路径。
▲生物医学领域，用在标记生物性自旋探子。另外在造影方面另有用途，参见下方说明。