最新波谱能谱系列课程——EPR电子顺磁共振_2教学讲义PPT课件.ppt

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1、波谱能谱系列课程——EPR电子顺磁共振_2Magneticsubstancephoto-translationSuperconductorCatalystGlass-fiberMetalcomplexSemiconductorTeeth,BoneShell,CoralQuartz,AgingRadiationdefectsCoal,OilErosionLipidperoxideSODactivityAging,CancerSpinlabelFluidityCo-enzymeVitaminC,E,KImmunoassayDrugdetectionEnzymeIonomerCon

2、ductingpolymerDegradationPolymerizationLiquidcrystalLBmembraneConductingmaterialsGasphaseESRBasicResearch&TechniqueO2NO2TransitionmetalionCombustionSpintrapActiveoxygenApplicationFieldsofESRSpectroscopyEPR—研究对象三OrganomagneticEPR—基本原理三二、电子顺磁共振的基本原理1、概述电子自旋的磁特性：EPR—基本原理三若分子轨道中所有的电子都已成对，则它们的自旋

3、磁矩就完全抵消，导致分子无顺磁性；若至少有一个电子未成对，其自旋就会产生自旋磁矩。因此，EPR研究的对象必须具有未偶电子。分子的磁矩主要来自自旋磁矩（>99%）的贡献。大多数情况下，轨道磁矩的贡献很小，因此，EPR—基本原理三H=0时，每个自旋磁矩的方向是随机的，并处于同一个平均能态。H≠0时，自旋磁矩就有规则地排列起来（平行外磁场—对应能级的能量较低，或反平行于外磁场—对应能级的能量较高）。回答了哪些物质是顺磁性的！顺磁性物质分子（原子、离子）中存在未成对电子，其自旋产生磁矩，亦称永久磁矩。通常情况下，该分子磁矩的方向是随机的，不呈现顺磁性。当其处于外加磁场中，分子的永久磁

4、矩随外磁场取向，产生与外磁场同向的内磁场，这就是物质顺磁性的来源。EPR—基本原理三物质的磁性逆磁性（B’<0，即B’与B0反向）顺磁性（B’>0，即B’与B0同向）铁磁性（B’>0，即B’与B0同向，B’随B0增大而急剧增加，但当B0消失而本身磁性并不消失。）EPR—基本原理三B0—指外磁场强度；B’—外磁场作用下，被诱导产生的附加磁场强度。铁磁性物质：其永久磁矩之间存在强烈的偶合作用，无外磁场时，永久磁矩在许多微小区域内成有序排列，形成磁畴结构。外加磁场时，磁畴的磁矩方向沿外磁场方向排列，则物质被强烈磁化。EPR—基本原理三当外磁场消失后，磁畴的磁矩方向仍呈规则排列，物质

5、的磁性并不马上消失，呈现滞后现象。物质的磁性是物质的宏观物性，它是分子内部微观结构的总体反映。Highspinstate(S=5/2)Intermediatespinstate(S=3/2)Lowspinstate(S=1/2)Fe3+EPR—基本原理三EPR—基本原理三2、共振条件(ResonantCondition)EPR—基本原理三顺磁性物质的分子（或原子、离子）中存在未成对电子，其电子总自旋角动量Ms不为零。其中，S是电子总自旋量子数，其值取决于未成对电子的数目n（S=n/2见P24），式中ћ=h/2π（Planck’sconstanth=6.626×10-34J.s

6、）EPR—基本原理三Ms在z轴方向（磁场方向）的分量Msz是:Msz=msh/2π=msћ其中:ms为电子自旋量子数，其值ms=S，S-1，S-2，…，-S。和带电粒子运动能产生磁场一样，电子的自旋运动也产生磁场，使分子成为一个小磁体，其磁矩：EPR—基本原理三μs=γMsμsz=-γMsz=-γmsћ=-gβms在z方向的分量：（由于电子的电量是负值，使得电子磁距在z方向的分量值与ms符号相反。γ—电子旋磁比）其中：电子旋磁比：γ=gee/2mec；β—Bohr磁子：β=eћ/2mec=9.274×10-24J/T自由电子的g因子为2.0023，无量纲；e电子电荷；me电子

7、质量；c光速。根据电子自旋量子数ms的取值为S，S-1，S-2，…，-S，共2S+1个值，可见电子磁矩空间取向是量子化的。EPR—基本原理三对未成对电子的分子而言，其磁矩为μs()将此分子置于一外磁场中，则与之间就有相互作用，产生能级分裂，即Zeeman分裂。E=-·=-μHcosθ=-μzH=-(-gβms)H=gβmsH由此可见，能级分裂随外磁场H增强而增大。EPR—基本原理三作用能为：EPR—基本原理三如果体系中只有一个未成对电子，则ms只取±1/2两个值，其两种可能状态的能量分别是：Eα=(1/