复旦大学：《谱学导论》课程教学资源（PPT课件）第四章 磁共振谱（6/6）

@磁共起 54.5电子顺磁共振 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 电子的磁共振「电子自旋磁矩的磁共振 电子轨道磁矩的磁共振

§4.5 电子顺磁共振 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 电子的磁共振  电子自旋磁矩的磁共振 电子轨道磁矩的磁共振

@磁共起 45.1电子顺磁共振基本原理 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

4.5.1 电子顺磁共振基本原理 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。 物质的顺磁性是由分子的永久磁矩引起的

@磁共 电子自旋产生自旋磁矩 -geB β是玻尔磁子 g是无量纲因子,称为g因子 自由电子的g因子为g=2.0023 单个电子磁矩在磁场方向分量p=1/2gB 外磁场H的作用下,只能有两个可能的能量状态 即E=±1/2gBH

电子自旋产生自旋磁矩 μs=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μ=1/2ge 外磁场H 的作用下，只能有两个可能的能量状态: 即 E=±1/2gβH

@磁共起 H 磁矩μ与外磁场H的相互作用 E=1/2g Bh Ho EB-1/2g B H 电子自旋能级与磁场强度的函数关系 马为共振时的外磁场

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 H N S S N E H H0 磁矩与外磁场H的相互作用 (  E=1/2gβH E =−1/2gβH

@磁共 能量差△E=gβH 这种现象称为塞曼分裂( Zeeman splitting) 如果在垂直于H的方向上施加频率为hU的 电磁波,当满足下面条件 h u=gBH 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

如果在垂直于H的方向上施加频率为hυ的 电磁波，当满足下面条件 hυ＝gβH 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△E＝gβH 这种现象称为塞曼分裂(Zeeman splitting)

@磁共起 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 次微分谱线

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

@磁共 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的共振频率在微波波段, NMR的共振频率在射频波段

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 的共振频率在微波波段， NMR 的共振频率在射频波段

@磁共起 [3].EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高, EPR检出所需自由基的绝对浓度约在 108M数量级 [4].EPR和NMR仪器结构上的差别: 前者是恒定频率,采取扫场法, 后者是恒定磁场,采取扫频法

[3]. EPR的灵敏度比NMR 的灵敏度高， EPR检出所需自由基的绝对浓度约在 10-8M数量级。 [4]. EPR 和NMR 仪器结构上的差别: 前者是恒定频率，采取扫场法， 后者是恒定磁场，采取扫频法

@磁共起 452电子顺磁共振仪器 [1].提供必要的共振频率的电磁波发生器 —速调管(微波系统) [2].由电磁铁提供的稳定磁场(磁铁系统) [3].可使样品处于磁场和电磁波都合适的 方向的样品腔(谐振腔) [4].检测系统(包括检波器、放大器、记录器等)

[1]. 提供必要的共振频率的电磁波发生器 —速调管(微波系统) [2]. 由电磁铁提供的稳定磁场(磁铁系统) [3]. 可使样品处于磁场和电磁波都合适的 方向的样品腔 (谐振腔) [4]. 检测系统(包括检波器、放大器、记录器等) 4.5.2 电子顺磁共振仪器

@磁共起 4.5.3电子顺磁共振的研究对象 自由基和顺磁性金属离子 (大多数过渡金属离子和稀土离子)及其化合物 [1].自由基:自由基指的是在分子中含有 个未成对电子的物质 O2N (a)二苯苦基肼基(DPH) (b)三苯甲基

4.5.3 电子顺磁共振的研究对象 自由基和顺磁性金属离子 （大多数过渡金属离子和稀土离子）及其化合物 [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） N N NO2 O2N O2N . （b）三苯甲基 C