最新五章节电子顺磁共振谱-PPT文档.ppt
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1、5.1 电子顺磁共振的基本原理 电子顺磁共振 (Electron Paramagnetic Resonance 简称EPR) 或称电子自旋共振 (Electron Spin Resonance 简称ESR) 直接检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质 自由基、原子、分子(包括三线态分 子)、过渡金属离子和稀土离子,也 用于研究固体晶格的缺陷 5.1.1顺磁性与逆磁性 物质的顺磁性是由分子的永久磁矩引起的 根据保里原理: 每个分子轨道上不能存在两个自旋态相同的电子, 因而各个轨道上已成对的电子自旋运动产生的磁矩 是相互抵消的,只有存在未成对电子的物质才具有 永久磁矩,它在外磁场中呈现顺磁性。 电子
2、顺磁共振的研究对象 1.自由基:自由基指的是在分子中含有 一个未成对电子的物质 (a) 二苯苦基肼基(DPPH) (b)三苯甲基 2.双基(biradical)或多基(polyradical): 在一个分子中含有两个或两个以上未成对电子的 化合物,但它们的未成对电子相距较远,相互作用较弱 3.三重态分子(triplet molecule) 化合物的分子轨道中含有两个未成对电子, 但与双基不同的是,两个未成对电子相距 很近,彼此之间有很强的相互作用。 如氧分子。它们可以是基态或激发态。 4.过渡金属离子和稀土离子 这类分子在原子轨道中出现未成对电子, 如常见的过渡金属离子 Ti3+(3d1 )
3、5.固体中的晶格缺陷 一个或多个电子或空穴陷落在缺陷中或其 附近,形成了一个具有单电子的物质,如 面心、体心等。 6.具有奇数电子的原子 如氢、氮、碱金属原子。 电子自旋产生自旋磁矩 s=ge 是玻尔磁子 ge是无量纲因子,称为g因子 自由电子的g因子为ge=2.0023 单个电子磁矩在磁场方向分量=1/2ge 外磁场H 的作用下,只能有两个可能的能量状态: 即 E=1/2gH 5.1.3 电子顺磁共振原理与共振条件 电子自旋能级与磁 场强度的函数关系 H0为共振时的外磁场 磁矩与外磁场H的相互作用 ( E=1/2gH E=1/2gH 如果在垂直于H的方向上施加频率为h的 电磁波,当满足下面条
4、件 hgH 处于两能级间的电子发生受激跃迁,导致 部分处于低能级中的电子吸收电磁波的能量跃 迁到高能级中 -顺磁共振现象 能量差EgH 这种现象称为塞曼分裂(Zeeman splitting) 受激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处理 可得到EPR吸收谱线,EPR波谱仪记录的吸收 信号一般是一次微分线型,或称: 一次微分谱线 EPR 和NMR 的区别: 1. EPR 是研究电子磁矩与外磁场的相互作用, 即通常认为的电子塞曼效应引起的, 而NMR 是研究核在外磁场中核塞曼能级间 的跃迁。 换言之,EPR 和NMR 是分别研究电子磁矩和核 磁矩在外磁场中重新取向所需的能量。 2. EPR 的共振频率
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