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电子顺磁共振波谱的概论

  • 来源摘抄
  • 作者XXX
  • 发布时间:2022-04-25
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磁性是电子、种子、质子等微观粒子和电子运动轨道所具有的内禀属性。电子顺磁共振波谱(EPR)是研究含有一个及以上未配对电子的磁性物质的电磁波谱法。对于有机自由基,其磁性主要由未配对电子的自旋磁矩所贡献,因此电子自旋共振波谱(ESR)也经常被使用。

实际工作中,波谱学是我们获取物质结构的物理方法。波谱学是将一定频率的电磁波与待研究物质内部分子、院子、原子核或电子等相互作用,引起物质某一个物理量的变化(或微扰)而进行的。在此过程中,待研究物质会吸收所施加电磁波的能量,电子从低能级跃迁到较高的能级,也可以从较高能级发生受激辐射而跃迁到低能级。被吸收的电磁波频率(或波长)取决于高、低两能级的能级差。我们通过测量被吸收或辐射的电磁波频率(或波长)和强度,解析其所反映的物理量和现象,从而获取待研究对象某个结构特征的特征频率(或波长),最终获得相应的电子状态、结构和化学活性等几何机构、电子结构及各种动力学信息,并用于定性和(或)定量分析。

EPR的特色是提供原位和无损的电子、轨道和原子核等微观尺度的信息,是唯一能直接跟踪未配对电子的研究方法。

EPR研究对象分直接对象和间接对象两类。直接对象还会再细分成两类。第一类直接对象是含有至少一个未配对电子的物质。它们分布广泛,日常实验研究中经常碰到。第二类直接对象是光激发后形成的、含有两个未配对电子的三重态物质,未经光激发时不含有未配对电子,广泛应用于光化学、光生物、光物理等领域。间接对象是指直接对象与周围环境相互作用所形成的物理和化学现象。

根据工作方式的差异,EPR谱仪可简单分成连续波和脉冲式两种。X-波段连续波谱仪根据微波磁场与外磁场是相互垂直还是相互平行,又分成垂直模式和平行模式。连续波实验容易操作,脉冲式实验往往耗时。

在氧化还原反应中,EPR揭示着电子传递的来龙去脉;在自由基化学和自由基生物学中,EPR能有效地跟踪自由基的生成、重组、消耗等具体反应进程,从而阐明反应途径或历程;在材料和掺杂改性材料中,EPR反映了缺陷是否存在,或掺杂物质是否进入预期的晶格格位,最终反映该缺陷或掺杂对相关物理、化学性质的影响。


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