电子顺磁共振(ESR)

电子自旋共振电子自旋共振（ESR ）也称为电子顺磁共振（EPR ）。

由于这种磁共振现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，所以称电子顺磁共振；因为分子和固体中的磁矩主要是电子自旋磁矩的贡献，所以又称为电子自旋共振。

电子自旋的概念是著名物理学家泡利（Wolfgang Pauli 1900——1958）1924年研究反常塞曼效应时首先提出的，他通过计算发现，满壳层的原子实际应具有零角度的动量，因此他断定反常塞曼效应的谱线分裂只是由价电子引起的，而与原子核无关，显然价电子的量子论性质具有“二重性”，接着他提出了著名的泡利不相容原理。

1945年泡利因发现泡利不相容原理而获诺贝尔奖。

由于电子自旋磁矩远大于核磁矩，所以电子自旋共振的灵敏度要比核磁共振高得多。

在微波和射频范围内都能观测到电子自旋共振现象。

电子自旋共振的主要研究对象是化学上的自由基、过度金属离子和稀土元素离子及其化合物、固体中的杂质和缺陷等。

通过对电子自旋共振谱图的分析可以得到材料微观结构的许多信息。

在化学、医学和生物学方面也有较多应用。

实验目的1． 在弱磁场（1mT 量级）下观测电子自旋共振现象。

测量DPPH 样品的g 因子和共振线宽。

2． 了解电子自旋共振等磁共振实验装置的基本原理和测量方法，熟悉磁共振技术。

实验原理1． 电子的自旋磁矩电子的轨道运动磁矩为l e l P m e v v2−=μ （1） 其中e 为电子电量，m e 电子质量，为电子轨道的角动量l P h )1(+=l l P l其中为角量子数，为约化普朗克常量。

因此，电子的轨道磁矩为l hB el l l m e l l μμ)1(2)1(+=+=h 其中μB 称为玻尔磁子 2241027.92m A m e eB ⋅×==−h μ 电子的自旋磁矩为 s e s P m e v v2−=μ （2） h )1(+=s s P sB es s s m e s s μμ)1(2)1(+=+=h 其中s 为自旋量子数，自由电子的s = 1/2；P s 为自旋角动量。

电子顺磁共振
电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance, EPR），又称电子自旋共振（Electron Spin Resonance, ESR），是一种基于电子自旋状态的谱学技术。

在电子顺磁共振中，样品中的顺磁性物质（通常是有未成对电子的物质）被置于强磁场中，然后通过给样品施加一定的微波能量，来使电子跃迁至高能级，并获取由跃迁所产生的能量
差的信息。

通过测量微波辐射的吸收或发射信号的强度和
频率，可以获得样品中顺磁性物质的电子自旋状态和相互
作用等信息。

电子顺磁共振技术在化学、生物学、材料科学等领域具有
广泛的应用。

它可以用来研究分子结构、电子能级和跃迁、自旋态和相互作用以及物质性质等方面的问题。

常见的应
用包括研究自由基、配合物和纳米颗粒的结构与性质、化
学反应机理、辐射效应以及生物分子的结构和功能等。

电子顺磁共振技术的优点在于它可以提供非破坏性的测量
方法，并且可以在常温和常压下进行实验。

此外，电子顺
磁共振谱图的分辨率和灵敏度较高，可以提供高分辨的结
构和动力学信息。

然而，电子顺磁共振技术也有一些限制，例如只能应用于含有未成对电子的物质、对于样品要求较
高的纯度和浓度、以及信号受到多种因素干扰等。

因此，
在实际应用中需要综合考虑这些因素，并结合其他的技术
手段进行分析研究。

电子自旋(顺磁)共振波谱仪(ESR)设备安全操作规程前言电子自旋(顺磁)共振波谱仪(ESR)是一种用于研究物质的结构和性质的仪器。

本规程的目的是保证ESR设备的安全操作，防止发生意外事故并保护实验人员的安全。

本文档适用于所有ESR设备的操作人员。

ESR仪器使用前需要了解的安全事项在使用ESR仪器之前，请务必清楚以下几点：1. 电源和冷却水ESR设备需要稳定的电源和充分的冷却水才能正常运转。

操作人员在启用仪器之前，必须确保设备连通的电源和冷却水处于正常状态。

并且在设备使用过程中需要经常检查电源和冷却水的状态，以确保设备正常使用。

2. 辐射ESR仪器使用的辐射会对人体产生影响，因此操作人员必须严格遵守操作规程，避免对人体造成辐射危害。

使用ESR设备时，必须佩戴合适的防辐射服或手套等防护措施。

3. 液氮ESR设备需要液氮来降温，以辅助样品测试。

使用液氮时，需要遵守相关的使用规程；在液氮不足时，需要及时添加。

4. 操作规程操作人员在启用ESR仪器前必须已经掌握本设备的操作规程，并严格按照规程操作。

同时，在使用ESR设备时，需要注意设备的使用环境，确保室内通风良好、照明充足。

安全操作规程1. 设备开机前的准备1.1.检查电源和冷却水处于正常状态，并启用设备。

1.2.检查设备的连接和接线是否正常。

1.3.检查设备的保护装置是否完好。

1.4.佩戴防护装备，在操作设备时，必须佩戴适合的防辐射服、手套等器材。

2. 设备运行时的操作2.1.操作人员必须在ESR设备旁边，夜以继日不间断的盯看仪器的运行状态。

2.2.不得随意更改设备的任何设置，避免设备过载或发生其它安全问题。

2.3.严禁在运行时强行关闭设备。

2.4.在使用液氮时，严禁将设备外部的液氮接口与其他设备接触，否则将可能导致设备的损坏。

2.5.在设备运行期间，不得将其他设备带入实验室，以便保持通风良好，防止环境污染和安全事故的发生。

3. 设备操作后的工作3.1.设备运行结束后，应关闭仪器，切断电源和冷却水。

电子顺磁共振波谱
学科：岩矿分析与鉴定
词目：电子顺磁共振波谱
英文：electron spin resonance spectroscopy（ESR）
释文：简称顺磁共振谱。

属共振波谱的一种。

在有机地球化学研究中，可以借其对自由基浓度进行检测：因为有机质（如，石油、沥青、分散有机质、煤…）中都存在自由基，只是由于所处热演化程度不同，其自由基浓度有所变化。

自由基通常指一个分子或分子的一部分，由于正常的化学键被破坏而产生了一个不配对的电子——自由基，物质就具有顺磁性。

顺磁共振波谱仪就是基于这一原理设计的，将样品放入一个强度固定的磁场，在磁场中通过一个临界的固定频率微波，测得自由基的数目，因自由基可以共振，它们交替地吸收并发射电磁能，当磁场发生微小变化时，都将改变微波的频率，以顺磁共振吸收谱线的峰形展示其强度（共振峰面积），据此可计算出自由基的浓度，常以10^-18/克样（每克样品中自由电子的数目）为单位表示。

[1]
参考资料
1．地球科学辞典-甘肃省地矿局。

电子顺磁共振实验报告一、实验目的1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法；；2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用；3.测定DMPO-OH的EPR 信号。

二、实验原理1.电子顺磁共振（电子自旋共振）电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR)，是指在稳恒磁场作用下，含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。

1944年，苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2、MnCl2等顺磁性盐类发现。

电子自旋共振（顺磁共振）研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等，通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测（测量因子、线宽、弛豫时间、超精细结构参数等），可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息，因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。

由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质，因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。

近年来，一种新的高时间分辨ESR技术，被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质（光解自由基）的电子自旋极化机制，以获得分子激发态和自由基反应动力学信息，成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。

电子自旋共振技术的这种独特作用，已经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。

基本原理EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针，从电子自旋磁矩与物质中其它部分的相互作用导致EPR 谱的变化来研究物质结构的，所以只有具有电子自旋未完全配对，电子壳层只被部分填充（即分子轨道中有单个排列的电子或几个平行排列的电子）的物质，才适合作EPR 的研究。

不成对电子有自旋运动，自旋运动产生自旋磁矩, 外加磁场后，自旋磁矩将平行或反平行磁场方向排列。

经典电磁学可知，将磁矩为μ的小磁体放在外磁场H 中，它们的相互作用能为：E＝-μ· H = -μH cosθ这里θ为μ与H之间的夹角,当θ= 0 时，E = -μH, 能量最低，体系最稳定。

微波段电子自旋共振一、引言电子自旋共振(Electron Spin Resonance，简称ESR)也称电子顺磁共振(ElectronParamagnetic Resonance)，是1944年由扎伏伊斯基首先观测到的，它是磁共振波谱学的一个分支。

在探索物质中未耦合电子以及它们与周围原子相互作用方面，顺磁共振具有很高的灵敏度和分辨率，并且具有在测量过程中不破坏样品结构的优点。

目前它在化学，物理，生物和医学等领域都获得了广泛的应用。

二、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，学习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f s，算出共振磁场B s，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、学习利用锁相放大器进行小信号测量的方法。

三、实验原理电子自旋共振研究的对象是有未偶电子（即未成对电子）的物质，如具有奇数个电子的原子和分子，内电子壳层未被填满的原子和离子，受辐射或化学反应生成的自由基以及固体缺陷中的色心和半导体、金属等。

通过对物质的自旋共振谱的研究，可以了解有关原子，分子及离子中未偶电子的状态及周围环境方面的信息，从而获得有关物质结构的知识。

例如对固体色心的自旋共振的研究，从谱线的形状、线宽及g银子，可以估算出缺陷的密度，了解缺陷的种类，缺陷上电子与电子的相互作用，电子与晶格的相互作用的性质等。

电子自旋共振可以研究电子磁矩与外磁场的相互作用，通常发生在波谱中的微波波段，而核磁共振（NMR）一般发生在射频范围。

在外磁场的作用下的能级发生分裂，通常认为是塞曼效应所引起的。

因此可以说ESR是研究电子塞曼能级间的直接跃迁，而NMR则是研究原子和塞曼能级间的跃迁。

也就是说，ESR和NMR是分别研究电子自旋磁矩和核磁矩在外磁场中磁化动力学行为。

电子自旋磁偶极矩电子自旋磁偶极矩μ和自旋磁矩m的关系是μ=μ0m。