电子顺磁共振实验
【目的要求】
1.测定DPPH中电子的g因数;
2.测定共振线宽,确定弛豫时间T2;
3.掌握电子自旋试验仪的原理及使用。
【仪器用具】
电子自旋试验仪。
【原 理】
电子自旋的概念首先由 Pauli于1924年提出。1925年 S.A.Goudsmit与 G.Uhlenbeek利用这个概念解释某些光谱的精细结构。近代观测核自旋共振技术,由 Stanford大学的 Bloch与Harvrd大学的Pound同时于1946年独立设计制作,遂后用它去观察电子自旋。本实验的目的是观察电子自旋共振现象,测量DPPH中电子的g因数及共振线宽。
一.电子的轨道磁矩与自旋磁矩
由原子物理可知,对于原子中电子的轨道运动,与它相应的轨道磁矩为
(2-1)
式中为电子轨道运动的角动量,e为电子电荷,为电子质量,负号表示由于电子带负电,其轨道磁矩方向与轨道角动量的方向相反,其数值大小分别为
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电子顺磁共振实验报告
一、实验目的
1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法;;
2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用;
3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。
二、实验原理
1.电子顺磁共振(电子自旋共振)
电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR),是指在稳恒磁场作用下,含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年,苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。电子自旋共振(顺磁共振)研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等,通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测(测量因子、线宽、弛豫时间、超精细结构参数等),可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息,因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质,因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来,一种新的高时间分辨ESR技术,被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质(光解自由基)的电子自旋极化机制,以获得分子激发态和自由基反应动力学信息,成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用,已经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。
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电子顺磁共振实验报告
【实验简介】
电子顺磁共振谱仪是根据电子自旋磁矩在磁场中的运动与外部高频电磁场相互作用,对电磁波共振吸收的原理而设计的。因为电子本身运动受物质微观结构的影响,所以电子自旋共振成为观察物质结构及其运动状态的一种手段。又因为电子顺磁共振谱仪具有极高的灵敏度,并且观测时对样品没有破坏作用,所以电子顺磁共振谱仪被广泛应用于物理、化学、生物和医学生命领域。
【实验原理】
具有未成对电子的物质置于静磁场中,由于电子的自旋磁矩与外部磁场相互作用,导致电子的基态发生塞曼能级分裂,当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于塞曼分裂所需要的能量,即满足共振条件,此时未成对电子发生能级跃迁。
Bloch根据经典理论力学和部分量子力学的概念推导出Bloch方程。Feynman、Vernon、Hellwarth在推导二能级原子系统与电磁场作用时,从基本的薛定谔方程出发得到与Bloch方程完全相同的结果,从而得出Bloch方程适用于一切能级跃迁的理论,这种理论被称之为FVH表象。
原子核具有磁矩:
; (1)
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顺磁共振
1、实验原理:
一、 电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩
原子中的电子由于轨道运动,具有轨道磁矩,其数值为:
负号表示方向同相反
在量子力学中,因而
其中称为玻尔磁子。
电子除了轨道运动外还具有自旋运动,因此还具有自旋磁矩,
其数值表示为:
由于原子核的磁矩可以忽略不计,原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩: 其中g是朗德因子,
在外磁场中原子磁矩要受到力的作用,其效果是磁矩绕磁场的方向作旋进,也就是Pj绕着磁场方向作旋进,引入回磁比,总磁矩可表示成。同时原子角动量Pj和原子总磁矩取向是量子化的。在外磁场方向上的投影为:
其中m称为磁量子数,相应磁矩在外磁场方向上的投影为:
二、电子顺磁共振
原子磁矩与外磁场B相互作用可表示为:
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