电子顺磁共振实验报告

近代物理实验

实验名称： 电子顺磁共振

姓名： 张 超

学号： 3110831032

指导老师： 解光勇

【实验目的】

1、在了解电子自旋共振原理的基础上，学习用微波频段检查电子自旋共振信号的方法。

2、观察共振信号波形，李萨如图形和色散图形。

3、测定DPPH中电子的g因子。

【实验内容】

1、将DPPH样品插在示波器的小孔中；

2、打开电源，将示波器的输入通道打在直流（DC）档上；

3、调节检波器中的旋钮，使直流（DC）信号输出最大；

4、调节端路活塞，再使直流（DC）信号输出最小；

5、将示波器的输入通道打在交流（AC）档上，幅度为5mV档；

6、这是在示波器就可以观察到共振信号，但此时的信号不一定为最强，可以在小范围内调节端路活塞与检波器，也可以调节样品在磁场中的位置（样品在磁场中心处为最佳状态），使信号达到一个最佳的状态；

7、信号调出以后，关机，将阻抗匹配器接在环型器中的（II）端与钮波导中间，开机，通过调节阻抗匹配器上的旋钮，就可以观察到吸收或色散波形；

8、由磁铁感应强度B，微波频率f，根据B，计算出旋磁比，又因为emeg2，所以有：Befmg4，计算出朗德g因子值。 【实验仪器】

电子顺磁共振谱仪、示波器等。

实际实验时的实际仪器图如下图所示

电子顺磁共振谱仪有谐振腔、微波源、隔离器、环形器、晶体检波器、扭波导、短路活塞和阻抗调配器八部分组成。

【实验原理】

电子自旋共振(ESR)或电子顺磁共振(EPR)，是指在稳恒磁场作用下，具有未成对电子的物质置于静磁场zB中，由于电子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：ZBBgE（B为波尔磁矩，g为无量纲参数）；当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量n等于E时，满足共振条件，此时未成对电子由下能级跃迁上能级。1944年，苏联物理学家扎沃伊斯基首次从2CuCl、2MnCl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。

浙师大近代物理实验报告

核磁共振与顺磁共振实验报告

物理081班 08180123 任希

摘要：在本实验中 ，我们了解到了核磁共振和顺磁共振的基本原理；学习了利用核磁共振校准磁场和测量朗德g因子的方法，以及在微波和射频范围内观察电子顺磁现象，在本实验中使用微波进行电子顺磁共振实验。

核磁共振（NMR）是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。顺磁共振又称为电子自旋共振（ESR），这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。

关键字：核磁共振 顺磁共振 电子自旋 朗德g因子

引言：

核磁共振（NMR）是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。

顺磁共振又称为电子自旋共振（ESR），EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。

正文：

一.基本原理

（1）核磁共振基本原理

由量子力学知道，质子数与种子数两者或其一为奇数的原子核才有核自旋，其磁矩与核自旋角动量成正比，可写成： 浙师大近代物理实验报告

pgN

式中为磁矩，p为自旋角动量，g为比例因子，N为波尔磁矩，为常数。

1 顺磁共振与核磁共振实验报告

【摘要】

核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。电子顺磁共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振。铁磁共振具有磁共振的一般特性，而且效应显著，它和核磁共振，顺磁共振一样也是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。它能测量微波铁氧体的许多重要参数，对于微波铁氧体器件的制造、设计，生产有重要作用。铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频率的微波磁场中当满足共振条件时产生强烈吸收共振的现象。本实验目的是学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象并测量铁磁物质的共振线宽和g因子。

【关键词】

核磁共振 顺磁共振 电子自旋 自旋g因子

【引言】

核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。

顺磁共振（EPR）又称为电子自旋共振（ESR），EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。

【正文】

核磁共振，是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。它是测定原子的核磁矩和研究核结构的直接而又准确的方法，也是精确测量磁场和稳定磁场的重要方法之一。

1 深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 近代物理实验

实验名称： 电子自旋共振

学院：

专业： 班级：

组号： 指导教师：

报告人： 学号：

实验地点

实验时间： 年 日 星期 二

实验报告提交时间：

2 一、实验目的

1、 测量电子自旋共振信号

2、 计算朗德因子

着重培养能力：自主实验与预习能力，资料信息初步分析能力，基本实验测试技术，基本实验测量方法

二、实验原理：

原子的磁性来源于原子磁矩，由于原子核的磁矩很小，可以略去不计，所以原子的总磁矩由原子中各电子的轨道磁矩和自旋磁矩所决定。在本单元的基础知识中已经谈到，原子的总磁矩μJ与PJ总角动量之间满足如下关系：

μB μJ= - g ―― PJ = γPJ, h

式中μB 为玻尔磁子，h为约化普朗克常量，由上式得知，回磁比

μB γ = - g ―― （9.3.1） h

按照量子理论，电子的L-S耦合结果，朗德因子

J(J+1)+S(S+1)-L(L+1) g = 1+ ――――――――――― （9.3.2） 2J(J+1)