电子自旋共振.ppt

电子自旋共振( 电子自旋共振( ESR ESR ) ) 南京理工大学南京理工大学物理实验中心物理实验中心 1 ??一、背景介绍一、背景介绍??二、实验目的二、实验目的??三、实验原理三、实验原理??四、实验仪器四、实验仪器??五、实验内容与步骤五、实验内容与步骤??六、注意事项六、注意事项??七、思考题七、思考题提纲 2一、背景介绍一、背景介绍--概念--概念磁共振磁共振是指是指的原子或原子核在的原子或原子核在作作用下对用下对 1 1能的能的现象现象, ,包括核磁共振包括核磁共振、、顺磁共振、光磁共振、铁磁共振。如果磁共振是由物顺磁共振、光磁共振、铁磁共振。如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩引起的,则称质原子中的电子自旋磁矩引起的,则称电子自旋共振电子自旋共振( ( ESR ESR ) ), ,也称为也称为电子顺磁共振电子顺磁共振(EPR (EPR ) )。。磁矩不为零磁矩不为零稳恒磁场稳恒磁场电磁辐射电磁辐射共振吸收共振吸收核磁共振核磁共振顺磁共振光磁共振铁磁共振 3 ?? 1924 1924 泡利( 泡利( Wolfgang Pauli Wolfgang Pauli )在研究光谱的)在研究光谱的精精细结构细结构时提出电子具有时提出电子具有自旋自旋磁矩磁矩的设想。的设想。一、背景介绍一、背景介绍--历史--历史 Wolfgang Pauli (1900-1958) 诺贝尔物理学奖(1945 年) 4 Yevgeny Zavoisky (1917-1976) ? 1944 年前苏联的扎沃依斯基首次观察到电子顺磁共振现象。随后电子顺磁共振逐步被用于科学研究。一、背景介绍一、背景介绍--历史--历史 5 电子自旋共振电子自旋共振研究的对象是研究的对象是具有未偶(未配对)电子具有未偶(未配对)电子的物质,如具有的物质,如具有奇数个电子奇数个电子的原子、分子以及内电子的原子、分子以及内电子壳层壳层未被充满未被充满的离子,受辐射作用产生的的离子,受辐射作用产生的自由基自由基及及半半导体、金属导体、金属等。通过共振谱线的研究,可以获得有关等。通过共振谱线的研究,可以获得有关分子、原子及离子中分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境未偶电子的状态及其周围环境方方面的信息,从而得到有关面的信息,从而得到有关物质结构和化学键物质结构和化学键的信息, 的信息, 故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术,在故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术,在物理、化学、材料、生物、医学物理、化学、材料、生物、医学等领域有广泛的应用。等领域有广泛的应用。一、背景介绍一、背景介绍--应用--应用 6二、实验目的二、实验目的??了解电子顺磁共振的原理。了解电子顺磁共振的原理。??掌握掌握 FD-ESR-II FD-ESR-II 型电子顺磁共振谱仪的调型电子顺磁共振谱仪的调节和使用方法。节和使用方法。??利用电子顺磁共振谱仪测量利用电子顺磁共振谱仪测量 DPPH DPPH 的的g g因子。因子。 7三、实验原理三、实验原理电子的自旋运动产生自旋磁矩。自旋磁矩与自旋角动量之间的关系为: B J J J g P P ?? ??? ?? B J J J g P P ?? ??? ??B g P P ?? ??? ?? Bg ?????:旋磁比 g:朗德因子。 P:电子自旋角动量μ B:玻尔磁子, 2 eem ?8 当电子磁矩μ处于外恒定磁场 B(假设沿 Z轴)中时, 电子磁矩与外磁场发生相互作用,相互作用能为: Z B E B B mg B ? ? ???????????m:磁量子数,对于自由电子, m取 1/2 、-1/2 。可见,外磁场导致原来简并的原子态发生塞曼能级分裂,相邻能级能量间隔为。 B E g B B ? ?? ? ?? 9 磁矩在磁场中的塞曼能级分裂相邻能级能量间隔与外磁场磁感应强度成正比。 10