Электронный парамагнитный резонанс

Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса ( ЭПР ) или электронного спинового резонанса ( ЭПР ) представляет собой метод изучения материалов, содержащих неспаренные электроны . Основные понятия ЭПР аналогичны понятиям ядерного магнитного резонанса (ЯМР), но возбуждаются спины электронов, а не атомных ядер . Спектроскопия ЭПР особенно полезна для изучения комплексов металлов и органических радикалов. Впервые ЭПР наблюдал в Казанском государственном университете советский физик Евгений Завойский в 1944 г. ^{[1] [2]}и был разработан независимо в то же время Бребисом Блини в Оксфордском университете .

Каждый электрон имеет магнитный момент и спиновое квантовое число с магнитными компонентами или . В присутствии внешнего магнитного поля напряженностью магнитный момент электрона выстраивается либо антипараллельно ( ), либо параллельно ( ) полю, причем каждое выравнивание имеет определенную энергию из-за эффекта Зеемана :${\ displaystyle s = {\ tfrac {1} {2}}}$${\ displaystyle m _ {\ mathrm {s}} = + {\ tfrac {1} {2}}}$${\ displaystyle m _ {\ mathrm {s}} = - {\ tfrac {1} {2}}}$${\ displaystyle B _ {\ mathrm {0}}}$${\ displaystyle m _ {\ mathrm {s}} = - {\ tfrac {1} {2}}}$${\ displaystyle m _ {\ mathrm {s}} = + {\ tfrac {1} {2}}}$

Следовательно, разделение между нижним и верхним состоянием предназначено для неспаренных свободных электронов. Это уравнение подразумевает (поскольку оба и являются постоянными), что расщепление энергетических уровней прямо пропорционально силе магнитного поля , как показано на диаграмме ниже.${\ displaystyle \ Delta E = g_ {e} \ mu _ {\ text {B}} B_ {0}}$${\ Displaystyle г_ {е}}$${\ Displaystyle \ му _ {\ текст {B}}}$

Типичная установка для записи спектров ЭПР. Пользователь будет сидеть рядом с ВЧ-генератором, магнитом и элементами управления температурой образца.

Поле колеблется между B ₁ и B ₂ из-за наложенного поля модуляции на частоте 100 кГц. Это заставляет интенсивность поглощения колебаться между I ₁ и I ₂ . Чем больше разница, тем больше интенсивность, обнаруженная детектором, настроенным на 100 кГц (обратите внимание, что это может быть отрицательное значение или даже 0). При обнаружении разницы между двумя интенсивностями определяется первая производная поглощения.

Форма спектра ЭПР порошковой картины изменяется в соответствии с распределением главных значений матрицы${\ Displaystyle г}$

Модельные спектры ЭПР метильного и метоксиметильного радикалов

Этот низкотемпературный ЭПР- СТМ в Центре квантовой нанонауки является одним из первых в мире СТМ для измерения электронного спинового резонанса на отдельных атомах.

Изменение спектра ЭПР нитроксильного радикала ТЕМПО при изменении СВЧ-диапазона (энергии возбуждения). ^[27] Обратите внимание на улучшение разрешения по мере увеличения частоты (без учета влияния g- деформации ).