电子自旋共振技术的发展
Ø 1924年,泡利(Wolfgang Pauli )在研究光谱的
精细结构时提出泡利不相容原理。
Ø 1925年,G.E.乌伦贝克和 S.A.古兹密特受到泡利
不相容原理的启发,提出电子具有内禀运动—
—自旋,并且有与电子自旋相联系的自旋磁矩。
Wolfgang Pauli (1900-1958)
Ø 1944年,前苏联的扎沃依斯基从MnCl2、CuCl2等
顺磁性盐类中首次观察到电子顺磁共振现象,并
提出了检测EPR信号的实验方法。随后电子顺磁
共振逐步被用于科学研究。
Yevgeny Zavoisky (1917-1976)
内容
电子自旋共振(ESR)
(Electron Spin Resonance)
电子顺磁共振(EPR)
(Electron Paramagnetic Resonance)
电子磁共振(EMR)
(Electron Magnetic Resonance)
l ESR基本原理和特点
l ESR仪器构造和实验方法
l ESR在催化研究中的应用实例分析
基本原理
N
µ
q(
H
S
N
S
磁矩与外磁场H的相互作用
未成对电子自旋磁矩与外磁场相互作用能
E=-µ ▪ H =-µHcosq =-µz H
根据泡利不相容原理:只有存在未成对电子
的物质在外磁场中才会呈现顺磁性。
ESR研究的是含有未成对电子的顺磁
性物质
电子的磁共振
电子自旋磁矩
电子轨道磁矩
(贡献很小)
基本原理
E=-µ ▪ H
在垂直于稳恒磁场H方向加一频率为υ的电磁辐射
场,根据经典力学或量子力学的计算结果,当满
足条件:E = hν = gβH ,则部分低能级的电子跃迁
至高能级。 ——顺磁共振现象。
为什么需要垂直于外磁场方向?
物质在恒定外磁场作用下发生磁化,物质中的元磁矩受磁
力矩作用,发生拉莫尔进动,磁矩µ会绕着B0方向进行旋转。
此时,若在垂直于B0的方向施加一个弱磁场B1(B1<
基本原理
Zeeman分裂
1896年8月的一天,荷兰物理学家Zeeman把一盏燃烧着钠的本生灯
(Bunsen burner)放到了电磁铁的两极间,奇妙的事情发生了:原本是单
一谱线的钠光谱一下裂变成了三条!进一步的研究揭示了这一现象的奥秘:
原来钠原子的电子能级在磁场的作用下产生了分裂,电子在不同能级间的
跃迁就发出了三种不同波长的光。这一现象被命名为Zeeman分裂,Zeeman
本人也因此获得 1902 年的诺贝尔物理奖。
基本原理
Zeeman分裂
ms
E= 1/2 gβH
hv
ΔE = hν = gβH
Eβ=-1/2 gβH
EPR谱图
准确测出最大吸收的位置
基本原理
Δ E = hν = gβH
——ESR共振条件
h --- Planck常数,β --- Bohr磁子, β =9.2741x10-28J ▪ Gs-
1 ,
g --- 朗德因子,简称g因子
在自由基体系中(若g = 2)施加磁场H= 3500 Gs,可以计算出电磁辐射场
的频率υ =9.79 GHz,该频率属于微波频率范围。