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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
(电子自旋共振)
)
电子自旋共振 (Electron Spin Resonance, ESR或电子顺磁共振 (Electron
)
ic 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 、MnCl 2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。
 基本原理
EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针,从电子自旋磁矩与物质中其它部分的
相互作用导致 EPR 谱的变化来研究物质结构的,所以只有具有电子自旋未完全
配对,电子壳层只被部分填充 (即分子轨道中有单个排列的电子或几个平行排列
的电子)的物质,才适合作 EPR 的研究。不成对电子有自旋运动,自旋运动产
生自旋磁矩 , 外加磁场后,自旋磁矩将平行或反平行磁场方向排列。经典电磁学
可知,将磁矩为 μ的小磁体放在外磁场 H 中,它们的相互作用能为:
=
E=-μ・ H- μ H cos θ
= ,
这里 θ为μ与H 之间的夹角 ,当θ 0 时,E = - μH 能量最低,体系最稳定。 θ=π
时, E=μH,能量最高。如果体系从低能量状态改变到高能量状态,需要外界提
供能量;反之,如果体系由高能量状态改变为低能量状态, 体系则向外释放能量。
      ge,原因就是它们原子中轨道磁矩的贡献很大。例如在一种 Fe   络合物中,  g值高达 。
根据量子力学,电子的自旋运动和相应的磁矩为:
μ s=-gβS
±
其中 S 是自旋算符, 它在磁场方向的投影记为 MS, MS 称为磁量子数, 对自
由电子的 MS 只可能取两个值, MS= 1/2, 因此,自由电子在磁场中有两个不同
的能量状态,相应的能量是:
E± =± (1/2)ge βH
记为: Eα= +(1/2)ge βH
Eβ =-(1/2)ge βH
相
式中 Eα代表自旋磁矩反平行外磁场方向排列,能量最高; Eβ代表平行外磁
场方向排列,能量最低。但当 H=0 时,