EPR測(cè)試介紹、基本原理以及對(duì)應(yīng)的不同自由基信號(hào)峰

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發(fā)表時(shí)間：2023-04-29 10:44作者：鑠思百檢測(cè)

電子順磁共振首先是由前蘇聯(lián)物理學(xué)家 E·K·扎沃伊斯基于1944年從MnCl₂、CuCl₂等順磁性鹽類發(fā)現(xiàn)的。物理學(xué)家最初用這種技術(shù)研究某些復(fù)雜原子的電子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、偶極矩及分子結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。以后化學(xué)家根據(jù)電子順磁共振測(cè)量結(jié)果，闡明了復(fù)雜的有機(jī)化合物中的化學(xué)鍵和電子密度分布以及與反應(yīng)機(jī)理有關(guān)的許多問(wèn)題。

美國(guó)的B·康芒納等人于1954年首次將電子順磁共振技術(shù)引入生物學(xué)的領(lǐng)域之中，他們?cè)谝恍┲参锱c動(dòng)物材料中觀察到有自由基存在。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，由于儀器不斷改進(jìn)和技術(shù)不斷創(chuàng)新，電子順磁共振技術(shù)已在物理學(xué)、半導(dǎo)體、有機(jī)化學(xué)、絡(luò)合物化學(xué)、輻射化學(xué)、化工、海洋化學(xué)、催化劑、生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)探礦等許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

此外，EPR技術(shù)是唯一能夠直接檢測(cè)和研究含有未成對(duì)電子順磁性質(zhì)物質(zhì)的一種波普學(xué)技術(shù)。

可檢測(cè)的物質(zhì)有：

自由基、雙基或多基、三重態(tài)分子、過(guò)渡金屬離子和稀土離子、固體中的晶格缺陷和具有奇數(shù)電子和含有單電子的分子。

與NMR技術(shù)的不同是，NMR研究的是原子核，而EPR研究的是核外電子。

EPR屬于波普學(xué)技術(shù)的一種，其中電磁波譜法（波普學(xué)）：

是將一定頻率的電磁波（光或無(wú)線電波）與研究物質(zhì)內(nèi)部分子、原子核或者電子等相互作用，引起物質(zhì)的某一個(gè)物理量的變化。

在次過(guò)程中，物質(zhì)吸收外加電磁波的能量，從低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)，同時(shí)也可以從較高能級(jí)受輻射而躍遷到相應(yīng)的低能級(jí)。（被吸收的電磁波頻率或者波長(zhǎng)取決于高低能級(jí)見(jiàn)的能級(jí)差）EPR發(fā)生的基本要素：具有未成對(duì)電子的樣品、外加靜磁場(chǎng)和微波場(chǎng)。

EPR的基本原理：

電子是具有一定質(zhì)量和帶負(fù)電荷的一種基本粒子，它能進(jìn)行兩種運(yùn)動(dòng)；一種是在圍繞原子核的軌道上運(yùn)動(dòng)，另一種是對(duì)通過(guò)其中心的軸所作的自旋。

由于電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生力矩，在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生電流和磁矩。在外加恒磁場(chǎng)H中，電子磁矩的作用如同細(xì)小的磁棒或磁針，由于電子的自旋量子數(shù)為1/2，故電子在外磁場(chǎng)中只有兩種取向：一與H平行，對(duì)應(yīng)于低能級(jí)，能量為-1/2gβH；一與H逆平行，對(duì)應(yīng)于高能級(jí)，能量為+1/2gβH，兩能級(jí)之間的能量差為gβH，其中這個(gè)現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)，如圖1所示。

若在垂直于H的方向，加上頻率為v的電磁波使恰能滿足hv=gβH（B）這一條件時(shí)，低能級(jí)的電子即吸收電磁波能量而躍遷到高能級(jí)，此即所謂電子順磁共振，如圖2所示。

在上述產(chǎn)生電子順磁共振的基本條件中，h為普朗克常數(shù)，g為波譜分裂因子（簡(jiǎn)稱g因子或g值），β為電子磁矩的自然單位，稱玻爾磁子。以自由電子的g值=2.00232，β=9.2710×10-21爾格/高斯，h=6.62620×10^-27爾格·秒，代入上式，可得電磁波頻率與共振磁場(chǎng)之間的關(guān)系式：（高斯）= 2.8025（兆赫）。