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电子顺磁共振波谱仪又被叫做电子自旋共振仪,其为通过不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,能够用来从定性和定量方面来对物质原子或分子中所含的不配对电子进行检测并且对其周围环境的结构特性进行探索。微波发生与传导系统、谐振腔系统、电磁铁系统以及调制和检测系统为电子顺磁共振波谱仪的四个主要构成部分。其是通过ESR原理进行工作的。

顺磁共振波谱仪
电子顺磁共振波谱仪的基本原理
电子顺磁共振波谱仪的基本原理

电子顺磁共振波谱仪又被叫做电子自旋共振仪,其为通过不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,能够用来从定性和定量方面来对物质原子或分子中所含的不配对电子进行检测并且...[查看全部]

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顺磁共振波谱仪原理
电子顺磁共振波谱仪的基本原理

电子顺磁共振波谱仪又被叫做电子自旋共振仪,其为通过不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,能够用来从定性和定量方面来对物质原子或分子中所含的不配对电子进行检测并且对其周围环境的结构特性进行探索。微波发生与传导系统、谐振腔系统、电磁铁系统以及调制和检测系统为电子顺磁共振波谱仪的四个主要构成部分。其是通过ESR原理进行工作的。

什么是顺磁共振?

稳恒磁场通过对顺磁体中的电子磁矩的作用使得顺磁体中的电子磁矩,电子在此相邻能级间自旋跃迁,使得一定频率的电磁波辐射(或吸收)。所以,当稳恒磁场和交变磁场同时对顺磁体进行作用,当交变磁场和稳恒磁场等满足一定的条件时,该交变场的能量被顺磁体强烈地吸收,该种现象叫做顺磁共振。

基本原理

电子顺磁共振为波谱学的一项技术,类似于核磁共振技术,均为对磁场中磁矩与电磁辐射之间的相互作用进行研究。差异在于原子核的磁矩不是顺磁共振研究的对象,而核外未成对电子的磁矩才是顺磁共振研究的对象。以量子力学理论作为依据,电子不但围绕原子核做轨道运动,而且还在持续地做自旋运动,这两种运动均有角动量和磁矩产生。因为自旋磁矩为电子的磁矩的主要贡献对象,所以电子顺磁共振一般也被叫做电子自旋共振。以Pauli不相容原理为依据:至多仅有两个自旋相反的电子可以容纳于同一个轨道上。若电子已经在分子中所有的轨道填满,则它们会相互抵消掉彼此的自旋磁矩,此种分子即为逆磁性的,EPR信号不可以直接被给出。如果需要对它们进行顺磁研究,那么一定要进行自旋标记。仅有含未成对电子的分子才会有EPR信号产生。

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顺磁共振波谱仪历史
电子顺磁共振波谱仪的历史和作用

电子顺磁共振波谱仪又被叫做电子自旋共振仪,其为通过不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,能够用来从定性和定量方面来对物质原子或分子中所含的不配对电子进行检测并且对其周围环境的结构特性进行探索。微波发生与传导系统、谐振腔系统、电磁铁系统以及调制和检测系统为电子顺磁共振波谱仪的四个主要构成部分。其是通过ESR原理进行工作的。

历史进程

1944年,前苏联物理学家 E·K·扎沃伊斯从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类首先发现了电子顺磁共振。

这种技术zui初被物理学家用来对某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题进行研究。在那之后化学家通过电子顺磁共振测量结果,将复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题均阐明了

1954年,美国的B·康芒纳等人shou次在生物学的领域之中引入电子顺磁共振技术,他们观察到有自由基存在于一些植物与动物材料中

20世纪60年代以来,因为持续创新的技术以及持续改进的仪器。电子顺磁共振技术已经广泛应用于地质探矿、环境科学、医学、生物化学、生物学、催化剂、海洋化学、化工、辐射化学、络合物化学、有机化学、半导体以及物理学等非常多的领域。

作用

顺磁共振技术对于顺磁物质的识别能力非常独特。仅需有未成对电子存在于样品中或者采用紫外照射、氧化还原反应等方式可以使得未成对电子产生,就能够对顺磁共振技术利用来进行相关的研究。因为对于局部区域环境而言,EPR的灵敏度十分的高,能够用来对不成对电子附近的分子结构进行来阐明,对分子的运动或流动的动态过程进行研究,所以其广泛地应用于医药、生物、材料、物理以及化学。

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顺磁共振波谱仪优点
电子顺磁共振波谱仪的优点

电子顺磁共振波谱仪又被叫做电子自旋共振仪,其为通过不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,能够用来从定性和定量方面来对物质原子或分子中所含的不配对电子进行检测并且对其周围环境的结构特性进行探索。微波发生与传导系统、谐振腔系统、电磁铁系统以及调制和检测系统为电子顺磁共振波谱仪的四个主要构成部分。其是通过ESR原理进行工作的。

优点

ESR对于样品有着非常严格的要求,在进行测试时,在谐振腔内放入样品,微波源系统、谐振腔系统、检测系统和磁铁系统四个部分共同组成自旋共振波谱仪。在进行操作时,调谐匹配各个系统,利用速调管产生的微波沿波导分别从隔离器、衰减器通过,经油墨往样品上下传,利用谐振腔放大速调管产生的微波功率。紧接着通过检波器的微波能量转换,再通过直接放大器放大往示波器或驱动x-y记录仪输送,将ESR信号强度对磁场强度的一次微分曲线画出来。谐振腔的区域的绝dui均匀和稳定在磁铁系统的作用下得到了保持。

和其他测年法相比较,ESR有着较为明显的优点,优点如下:

1、有着比较简单的测试条件

周围环境对测试信号有着较小的影响,并且能够反复使用样品。

2、分析方法没有破坏性

是一种非破坏性的分析方法,损伤样品的情况不存在。

3、有着较为宽广的测年范围

由几千年到几百万年,几乎将整个第四纪地质年代均覆盖了。然而几十万年为其主要的应用范围。

4、有着较为宽广的测定对象

能够作为测试样品的包括古人类骨骼、牙齿、古脊椎动物、珊瑚、软体动物贝壳以及洞穴的碳酸盐沉积物

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顺磁共振波谱仪应用
电子顺磁共振波谱仪的特性和应用

电子顺磁共振波谱仪又被叫做电子自旋共振仪,其为通过不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,能够用来从定性和定量方面来对物质原子或分子中所含的不配对电子进行检测并且对其周围环境的结构特性进行探索。微波发生与传导系统、谐振腔系统、电磁铁系统以及调制和检测系统为电子顺磁共振波谱仪的四个主要构成部分。其是通过ESR原理进行工作的。

结构:

电子顺磁共振波谱仪是由微波发生与传导系统、谐振腔系统、电磁铁系统以及制和检测系统四个部件共同构成。

主要特性

因为一般采用高频调场来对仪器灵敏度加以提高,微波吸收曲线(通过吸收系数来对磁场强度进行作图)并没有记录在记录仪上,而是其对磁场强度的一次微分曲线被记录到了记录仪上,后面的两个极值和吸收曲线上斜率zui大的两点相对应,而其和基线的交点与吸收曲线的顶点相对应。

顺磁共振的应用

顺磁共振也是一种对物质结构进行研究的有效方法,具有未配对电子的物质即为其研究的对象,具有未配对电子的物质包括:

1、在反应过程或物质由于受到辐射而使自由基产生。

2、某些尽管不含有奇数电子,然而分子的总角动量不是0。

3、具有奇数个电子的分子

4、内电子壳层没有被充满的离子。

5、具有奇数个电子的原子。

通过研究顺磁共振波谱,能够使有关分子、原子或离子中未配对的电子的状态及其周围环境方面的信息获得,从而使有关物质结构和化学键方面的知识获得。比如在有机化学中,顺磁共振对于自由基的研究有着相当重要的作用

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