電子順磁共振波譜儀EPR測試常見問題

電子順磁共振(EPR)檢測什么？

電子順磁共振(EPR)技術(shù)是一種針對順磁物體的表征技術(shù)，通過對未成對電子的表征，廣泛用于研究過渡金屬離子、自由基、生物大分子等材料的結(jié)構(gòu)與功能。

EPR常見問題

問題一：為什么EPR研究的對象必須具有未成對電子？

核外電子運動分為軌道運動和自旋運動，其中，軌道運動產(chǎn)生軌道角動量，形成軌道磁矩；自旋運動產(chǎn)生自旋角動量，形成自旋磁矩，這兩種磁矩組成在一起統(tǒng)稱為分子磁矩。根據(jù)泡利不相容原理，每個分子軌道上都以相反的方向排列著兩個電子，因此已成對電子的自旋運動產(chǎn)生的自旋磁矩會相互抵消，只有存在未成對電子的物質(zhì)才能在外磁場中產(chǎn)生自旋磁矩，呈現(xiàn)順磁性。

大多數(shù)情況下，軌道磁矩的貢獻很小，因此分子的磁矩主要來自自旋磁矩的貢獻(>99%)。這也是電子順磁共振技術(shù)(EPR)同時也被稱為電子自旋共振技術(shù)(ESR)的原因。

問題二：什么是順磁性、順磁體？

如果物質(zhì)分子中存在未成對電子，其自旋會產(chǎn)生永久磁矩。通常情況下分子磁矩的方向是隨機的，不呈現(xiàn)順磁性。而當其處于外加磁場中時，分子的永久磁矩則會出現(xiàn)隨外磁場取向，產(chǎn)生于外磁場同向的內(nèi)磁場，這就是物質(zhì)順磁性的來源。

*延伸tips：物質(zhì)的磁性定義：

設H0為外磁場強度，H’為外磁場作用下誘導產(chǎn)生的附加磁

場強度。

·逆磁性(H’<0，即H’與H0反向)；

·順磁性(H’>0，即H’與H0同向)；

·鐵磁性(H’>0，即H’與H0同向，H’隨H0增大而急劇增加，H0消失時本身磁性并不消失)。

關(guān)鍵問題三：采用場調(diào)制方法的原因？

圖1

EPR儀器激發(fā)樣品共振吸收的方法是控制微波頻率不變，均勻改變外加磁場強度，稱為場調(diào)制法。這是由于：一、現(xiàn)有的實驗設備能夠很容易地做到控制磁場進行均勻、連續(xù)、細微的改變，能夠有效提高譜線分辨率；二、最常使用的微波發(fā)射源速調(diào)管能夠產(chǎn)生的微波頻帶很窄，難以實現(xiàn)微波頻掃。

問題四：為什么電磁波必須與外加磁場垂直？

與電場的相互作用只能導致介質(zhì)的非共振吸收，對產(chǎn)生EPR信號沒有作用。因此諧振腔內(nèi)的微波磁場需要與外加磁場垂直才能引起樣品未成對電子的磁共振，這是產(chǎn)生共振吸收的必要條件。