微波段电子自旋共振实验报告.doc.doc

微波段电子自旋共振实验电子自旋共振( ESR ) 谱仪是根据电子自旋磁矩在磁场中的运动与外部高频电磁场相互作用, 对电磁波共振吸收的原理而设计的。因为电子本身运动受物质微观结构的影响, 所以电子自旋共振成为观察物质结构及其运动状态的一种手段。又因为电子自旋共振谱仪具有极高的灵敏度,并且观测时对样品没有破坏作用,所以电子自旋共振谱仪被广泛应用于物理、化学、生物和医学生命领域。一. 实验目的 1. 本实验的目的是在了解电子自旋共振原理的基础上, 学****用微波频段检测电子自旋共振信号的方法。 2. 通过有机自由基 DPPH 的g 值和 EPR 谱线共振线宽并测出 DPPH 的共振频率, 算出共振磁场,与特斯拉计测量的磁场对比。 3. 了解、掌握微波仪器和器件的应用。 4. 学****利用锁相放大器进行小信号测量的方法。二. 实验原理具有未成对电子的物质置于静磁场 B 中,由于电子的自旋磁矩与外部磁场相互作用, 导致电子的基态发生塞曼能级分裂, 当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于塞曼分裂所需要的能量,即满足共振条件 B????,此时未成对电子发生能级跃迁。 Bloch 根据经典理论力学和部分量子力学的概念推导出 Bloch 方程。 Feynman 、 Vernon 、 Hellwarth 在推导二能级原子系统与电磁场作用时,从基本的薛定谔方程出发得到与 Bloc h 方程完全相同的结果, 从而得出 Bloch 方程适用于一切能级跃迁的理论, 这种理论被称之为 FVH 表象。原子核具有磁矩: L ??????;(1) ?称为回旋比,是一个参数; L ?表示自旋的角动量; 原子核在磁场中受到力矩: BM ??????;(2) - 2-2 根据力学原理 M dt Ld ???,可以得到: B dt d ?????????;(3) 考虑到弛豫作用其分量式为: ???????????????????? 1 2 2)( )( )(T BBdt d T BBdt d T BBdt d zxyyx z yzxxz y xyzzy x???????????????(4) 其稳态解为: ?????????????????????????????????? 21 21 2 22 20 11 21 21 2 22 20 021)(1 )(1 )(TTBTB TB TTBTB BTB Z Z Z????????????(5) 如图 1 所示: - 3-3 实验中, 通过示波器可以观察到共振信号, 李萨如图形及色散图, 又因为共振信号发生的条件为 B????,所以知道磁场及共振频率,就可以求出旋磁比,进而由: em eg2 ????(6) 可以求出朗德 g 因子。三. 实验仪器电子自旋共振仪主机、磁铁、示波器、微波系统(包括微波源、隔离器、阻抗调配器、钮波导、直波导、可变短路器及检波器)、9Q 连接线 2 根、电源线 1 根、支架 3 个、插片连接线 4 根。四. 实验过程 1) 先把三个支架放到适当的位置, 再将微波系统放到支架上, 调节支架的高低, 使得微波系统水平放置,最后把装有 DPPH 样品(二苯基苦酸基联氨,分子式为 5226256)()( HO H NC NHC?)的试管放在微波系统的样品插孔中; 2) 将微波源的输出与主机后部微波源的电源接头相连, 再将电子自旋