顺磁共振波谱仪工作原理
顺磁共振波谱仪（Paramagnetic Resonance Spectrometer，简称EPR）是一种用于研究顺磁性物质的仪器。其工作原理基于顺磁物质在外加磁场下的电子自旋共振现象。
顺磁性物质是指具有未成对电子的物质，这些未成对电子会产生自旋（类似于一个微小的磁铁），并且能够响应外加磁场。当将顺磁物质放置在一个强磁场中时，其电子会被磁场定向，并分裂成多个能级。
顺磁共振波谱仪利用微波频率的电磁辐射来激发顺磁物质的电子自旋共振。工作步骤如下：
1. 建立磁场：首先在仪器中建立一个强磁场，通常使用超导磁体来产生极高的磁场。
2. 激发电磁辐射：使用微波源产生特定频率的微波辐射，这个频率通常是与顺磁物质的共振频率相匹配的。微波辐射被引导到样品中，并与样品中的未成对电子进行相互作用。
3. 收集信号：通过所谓的共振回路（resonator）收集样品中电子的共振信号。共振回路是通过感应线圈和谐振电路组成的。
4. 分析信号：通过调整微波频率和强度，可以观察到共振信号的变化。这些变化反映了顺磁物质中的电子自旋状态和未成对电子的数目。
通过对共振信号进行分析，可以得到有关顺磁物质的很多信息，例如未成对电子的数量、分布、相互作用等。这些信息对于研究顺磁性物质的结构、动力学和电子状态具有重要意义。
基本信息 MRI也就是核磁共振成像，英文全称是：nuclear magnetic resonance imaging，之所以后来不称为核磁共振而改称磁共振，是因为日本科学家提出其国家备受核武器伤害，为表示尊重，就把核字去掉了。 核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MR)。 MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。 技术特点 磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur 发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法，这种方法可以重建出人体图像。 磁共振成像技术与其它断层成像技术（如CT）有一些共同点，比如它们都可以显示某种物理量（如密度）在空间中的分布；同时也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像，甚至可以得到空间－波谱分布的四维图像。 像PET和SPET一样，用于成像的磁共振信号直接来自于物体本身，也可以说，磁共振成像也是一种发射断层成像。但与PET和SP ET不同的是磁共振成像不用注射放射性同位素就可成像。这一点也使磁共振成像技术更加安全。 从磁共振图像中我们可以得到物质的多种物理特性参数，如质子密度，自旋－晶格驰豫时间T1，自旋－自旋驰豫时间T2，扩散系数，磁化系数，化学位移等等。对比其它成像技术（如CT 超声PET等）磁共振成像方式更加多样，成像原理更加复杂，所得到信息也更加丰富。因此磁共振成像成为医学影像中一个热门的研究方向。 MR也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MR的检查，另外价格比较昂贵。 成像原理 核磁共振成像原理：原子核带有正电，许多元素的原子核，如1H、19FT和31P等进行自旋运动。通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。这样一来，自旋的核同时也以自旋轴和外加磁场的向量方向的夹角绕外加磁场向量旋进，这种旋进叫做拉莫尔旋进，就像旋转的陀螺在地球的重力下的转动。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。这样，自旋核还要在射频方向上旋进，这种叠加的旋进状态叫做章动。在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。原子核从激化的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。它所需的时间叫弛豫时间。弛豫时间有两种即T1和T2，T1为自旋-点阵或纵向驰豫时间T2，T2为自旋-自旋或横向弛豫时间。 磁共振最常用的核是氢原子核质子（1H），因为它的信号最强，在人体组织内也广泛存在。影响磁共振影像因素包括：(a)质子的密度； (b)弛豫时间长短；(c)血液和脑脊液的流动；(d)顺磁性物质(e)蛋白质。磁共振影像灰阶特点是，磁共振信号愈强，则亮度愈大，磁共振的信号弱，则亮度也小，从白色、灰色到黑色。各种组织磁共振影像灰阶特点如下；脂肪组织，松质骨呈白色；脑脊髓、骨髓呈白灰色；内脏、肌肉呈灰白色；液体，正常速度流血液呈黑色；骨皮质、气体、含气肺呈黑色。 核磁共振的另一特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易软组织分开。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及
电子自旋共振 英文名称：electron spin resonance;ESR 其他名称：电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR) 定义：研究物质中不成对电子的波谱学方法。可用于分析生物分子的结构和动态信息。 电子自旋共振（electron spin resonance, ESR），过去常称为电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance, EPR），是属于自旋1/2粒子的电子在静磁场下的磁共振现象，类似静磁场下自旋1/2原子核有核磁共振之现象，又因利用到电子的顺磁性，故称电子顺磁共振。 但是由于分子中的电子多数是成对存在，根据包立不相容原理，每对电子必为一个自旋向上，一个自旋向下，而磁性互相抵消。因此必须有不成对电子的存在，才能表现磁共振，例如过渡元素重金属或者自由基的存在。 因为电子有1／2的自旋，所以在外加磁场下能级二分。当外加具有与此能量差相等的频率电磁波时，便会引起能级间的跃迁。此现象称为电子自旋共振。缩写为ESR。对相伴而产生的电磁波吸收称ESR吸收。产生ESR的条件为νo（MHz）＝1.4·g·Ho（高斯）。式中νo为电磁波的频率，Ho为外部磁场强度，g为g因子（g factor）或g值。一个分子中有多数电子，一般说每二个其自旋反相，因此互相抵消，净自旋常为0。但自由基有奇数的电子，存在着不成对的电子（其无与之相消的电子自旋）。也有的分子虽然具有偶数的电子，但二个电子自旋同向，净自旋为一（例如氧分子）。原子和离子也有具有净自旋的，Cu2+、Fe3+、和Mn2+等常磁性离子即是。这些原子和分子为ESR研究的对象。由于电子自旋与原子核的自旋相互作用，ESR可具有几条线的结构，将此称为超微结构（hyperfine stru-cture）。g因子及超微结构都有助于了解原子和分子的电子详细状态。也可鉴定自由基。另外，从ESR吸收的强度可进行自由基等的定量。因为电子自旋的缓和依赖于原子及分子的旋转运动，所以通过对ESR的线宽测定，可以了解原子及分子的动的状态。 虽然原理类似于核磁共振，但由于电子质量远轻于原子核，而有强度大许多的磁矩。以氢核(质子)为例，电子磁矩强度是质子的659.59倍。因此对于电子，磁共振所在的拉莫频率通常需要透过减弱主磁场强度来使之降低。但即使如此，拉莫频率通常所在波段仍比核磁共振拉莫频率所在的射频范围还要高——微波，因而有穿透力以及对带有水分子的样品有加热可能的潜在问题，在进行人体造影时则需要改变策略。举例而言，0.3 特斯拉的主磁场下，电子共振频率发上在8.41 吉赫，而对于常用的核磁共振核种——质子而言，在这样强度的磁场下，其共振频率为12.77 兆赫。 应用在多个领域，包括了： ▲固态物理，辨识与定量自由基分子(即带有不成对电子的分子)。 ▲化学，用以侦测反应路径。
顺磁共振与核磁共振实验预习报告 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。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。本实验中，学生将会了解核磁共振的基本原理；学习到利用核磁共振校准磁场和测量g因子的方法；在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 关键字： 核磁共振顺磁共振电子自旋自旋g因子 引言： 由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言，轨道磁矩几乎不起作用，总磁矩的绝大部分(99％以上)的贡献来自电子自旋，所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振”(ESR)。 EPR现象首先是由苏联物理学家Е.К.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。美国的B.康芒纳等人于1954年首次将EPR 技术引入生物学的领域之中,他们在一些植物与动物材料中观察到有自由基存在。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。 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。 正文： 电子顺磁共振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；因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 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。
核磁共振与电子顺磁共振波谱法 幻灯片1 期末复习 幻灯片2 第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)和电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)与UV和IR相同，也属于吸收波谱。EPR又称为电子自旋共振谱(Electron Spin Resonance, ESR)。NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能级的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能级的共振跃迁。 幻灯片3 第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法 NMR E SR 研究对象具有磁矩的原子核具有未成对电子的物质 共振条件式 ?磁子/J/T 称为核磁子， 1H的?＝5.05×10-27 称为玻尔磁子， 电子的?＝9.273×10-24 g因子 (又称朗德因子，无量纲) 氢核1H的g因子为 gN＝5.5855 自由电子的g因子为 ge＝2.0023 结构表征的主要参数耦合常数J，单位Hz；化学位移?，常用单位ppm 超精细分裂常数?，常用单位特斯拉 常用谱图核吸收谱的吸收曲线和积分曲线电子吸收谱的一级微分曲线 幻灯片4 3.1 核磁共振波谱 NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。 在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为25?10-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁——产生所谓NMR现象。 幻灯片5 3.1 核磁共振波谱
核磁共振波谱仪的主要部件及其作用 核磁共振波谱仪是一种重要的科学仪器，用于分析和研究化学物质的结构和性质。它由多个主要部件组成，每个部件都有特定的功能和作用。以下是核磁共振波谱仪的主要部件及其作用： 1. 磁体：磁体是核磁共振波谱仪的核心部件，它产生强大的恒定磁场。磁场的强度和稳定性对仪器的性能和分辨率具有重要影响。磁体通常采用超导磁体，能够产生高强度的恒定磁场。 2. 梯度线圈：梯度线圈是用来产生磁场梯度的部件。它们被安置在磁体中，能够在不同方向上产生可控的线性磁场梯度。梯度线圈的作用是用于空间编码，通过梯度磁场的变化来定位样品中不同区域的核磁共振信号。 3. 射频线圈：射频线圈是用于产生射频脉冲和接收核磁共振信号的部件。它通常由线圈组成，被放置在样品周围。射频线圈的作用是向样品中发送射频脉冲，激发样品中的核自旋，并接收核磁共振信号。
4. 控制和数据采集系统：控制和数据采集系统是核磁共振波谱仪的控制中枢，它包括计算机和相关软件。控制和数据采集系统的作用是控制仪器的运行，生成和发送控制信号，同时采集和处理接收到的核磁共振信号，生成波谱图谱和相关数据。 5. 操作控制面板：操作控制面板是核磁共振波谱仪的用户界面，提供仪器的操作和参数设置。通过操作控制面板，用户可以控制仪器的运行模式、设置实验参数、启动数据采集等。 6. 样品室：样品室是放置样品的区域，它通常是一个封闭的空间。样品室的作用是保护样品免受外界干扰和环境影响，同时提供稳定的温度和湿度条件。 7. 液体氮系统：液体氮系统用于提供低温环境，保持样品和仪器的稳定性。液体氮系统通常包括液氮罐、液氮自动补充装置和冷却装置。它的作用是提供冷却介质，使磁体和样品室保持低温状态。 8. 梯度放大器：梯度放大器是用于放大和调节梯度线圈产生的信号的部件。它的作用是调节梯度磁场的强度和方向，从而实现更精确的空间编码和图像重建。
核磁共振波谱分析 引言 1945年，美国哈佛大学和斯坦福大学的几位学者，各自独立观察到一般状态下物质的核磁共振现象，1952年由此获得诺贝尔物理奖。1953年世界上第一台商品化NMR谱仪研制成功(30MHz)，1964年第一台超导磁体的NMR谱仪研制成(200MHz)，1976年Ernst等人确立了二维谱的理论基础，1991年Ernst教授因其在脉冲付立叶变换NMR和二维NMR方面的杰出贡献而获当年诺贝尔化学奖。2000年在900MHz谱仪上获得NMR谱图。 30MHz= 0.7T (泰斯勒tesla) = 7000高斯(Gauss) 200MHz= 4.7T = 47000高斯 400MHz= 9.4T = 94000高斯 10000高斯 = 1T 29
29 核磁共振谱仪的主要组成部分 1. 提供外磁场B 0的磁铁 2. 产生射频场B 1的谱仪部分 3. 用于控制及数据处理的计算机 三者构成一个整体——核磁共振谱仪 (1) 超导磁体—— 铌-钛合金绕成的螺管线圈，置于盛有液氦的 超低温杜瓦瓶中，通过一定电流产生强磁场，在接近绝对零度的温度时，螺管线圈内阻几乎为零，成为超导体，消耗的功率也接近零，断绝电源后，超导电流仍保持循环流动，形成永久磁场。 (2) 波谱仪 N S FID D/A FT 探头是NMR 谱仪的心脏，样品管放置其中，探头绕有线圈，射频源作用于样品线圈，把共振时样品线圈发生的变化转交给接收机。 (3) 数据处理系统 FID －free inductione decay 自由感应衰减 FT －Tourier transferm 付立叶变换
核磁共振的原理及其应用发展 摘要:核磁共振是能够深入到物质内部而不破坏被测量对象的一种分析物质构造的现代技术，它通过利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于原子核的信息，具有迅速、准确、分辨率高等优点，因而在科研和生产中获得了广泛的应用。 本文主要介绍了核磁共振技术的基本原理，以及核磁共振在化学化工、生物化学、 医药等方面的应用，并指出核磁共振波谱技术将成为21世纪一个异常广阔的谱学研究领域. 关键词：核磁共振：NMR谱仪 引言 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)波谱学是一门发展非常迅速的科学。核磁共振是根据有磁的原子核，在磁场的作用下会引起能级分裂，若有相应的射频磁场作用时，在核能级之间将引起共振跃迁，从而得到化学结构信息的一门新技术。最早于1946年由哈佛大学的伯塞尔(E. M. Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F. Bloch)等人用实验所证实川。两人111此共同分享了1952年诺贝尔物理学奖⑵。核磁共振技术可以提供分子的化学结构和分子动力学的信息，已成为分子结构解析以及物质理化性质表征的常规技术手段⑶，在物理、化学、生物、医药、食品等领域得到广泛应用，在化学中更是常规分析不可少的手段。从70年代开始，在磁共振频谱学和讣算机断层技术等基础上，乂发展起一项崭新的医学诊断技术，即核磁共振成像技术，并在医学临床上获得巨大成功。本文主要介绍了核磁共振技术及其在化学领域的应用进展。 1•核磁共振原理 泡利(W.Pauli)在1924年首先提出原子核具有磁矩，并认为核磁矩与其本身的自旋运动相联系，用此理论成功地解释了原子光谱的超精细结构国。核磁矩卩与核自旋角动量L之间的关系为： e 厂 ⑴ 式中是质子质量，e为单位电荷，g称为朗德因子(Landefactor),对于不同的核它有不同的值，它反映核内部自旋和磁矩的实验关系。实验工作中，常常用磁旋LL(Magnetogyric-ratio)y这个物理量表示核磁矩与核自旋的关系，其定义为： A = Y L（2）
波谱仪和能谱仪的工作原理 波谱仪和能谱仪是一种用于分析物质结构和性质的科学仪器。波谱仪主要用于对分子 的振动和旋转状态进行分析，而能谱仪则主要用于分析原子和分子的能量分布情况。本文 将介绍波谱仪和能谱仪的工作原理。 一、波谱仪的工作原理 波谱仪是一种利用分子吸收或散射光谱线的颜色和强度来研究分子结构的仪器，通常 采用红外光谱和拉曼光谱来进行分析。 1. 红外光谱法 红外光谱法是利用化学物质吸收或散射入射红外光而产生的光反射和漫反射进行分析 的一种方法。该方法可以确定物质的分子结构、官能团和组成元素等信息。 红外光谱法的工作原理是将化学物质暴露在红外光源下，然后将光谱分析仪对着被测 物质进行扫描。当光谱分析仪读取到光线的反射和漫反射数据后，会将数据转化为光谱图，并分析图形上各个频率的波长和强度以得到被测物质的分子结构和官能团等信息。 2. 拉曼光谱法 拉曼光谱法是利用物质分子振动和转动态所散射的光谱线来研究物质的结构和性质的 方法。当物质被激发光或激光照射时，会发生分子振动和旋转，从而产生散射光。根据物 质分子振动和旋转状态不同，其散射光的频率和强度也会不同。 拉曼光谱法的工作原理是将化学物质暴露在激发光或激光下，然后将散射光引入拉曼 光谱仪中进行分析。拉曼光谱仪会测量散射光的频率和强度，并将数据转换为拉曼光谱图。通过分析光谱图上各个频率的波长和强度，可以得到被测物质的分子结构和官能团等信 息。 二、能谱仪的工作原理 能谱仪是一种用于分析物质元素和分子间能量分布情况的仪器，通常采用质谱法来进 行分析。 1. 质谱法 质谱法是一种通过对化合物进行分子分解和分析其分子碎片的方法，来确定化合物中 所含的元素和分子结构。该方法可以分析许多不同类型的物质，包括有机化合物、无机物、生物大分子等。
各种仪器分析的基本原理和谱图表示法 各种仪器分析的基本原理和谱图表示法 1.紫外吸收光谱UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位臵、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 2.荧光光谱法FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光 谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 3.红外吸收光谱法IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位臵、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 4.拉曼光谱法Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位臵、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 5.核磁共振波谱法NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核
的数目、所处化学环境和几何构型的信息 6.电子顺磁共振波谱法ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位臵、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 7.质谱分析法MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离 谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息 8.气相色谱法GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离 谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关 9.反气相色谱法IGC 分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力 谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线 提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数 10.裂解气相色谱法PGC 分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片 谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化
波谱的原理及应用 1. 引言 波谱是对光、电磁辐射等的频率和能量进行分析和测量的一种技术方法。它在 各个领域都有广泛的应用，涵盖了光谱学、能谱学、磁谱学等多个学科。本文将介绍波谱的基本原理和一些常见的应用。 2. 波谱的基本原理 波谱是基于光、电磁辐射等的某一物理量随频率变化的规律进行分析和测量的 技术方法。它通过将电磁波传递到检测装置（如光谱仪、能谱仪等），然后通过仪器进行处理和分析，最终得到频率和能量之间的关系。 波谱的基本原理可以概括为以下几点： - 光、电磁辐射等的频率和能量具有一 一对应关系。 - 波谱仪能够将不同频率的光束或辐射束分离并进行测量。 - 波谱仪 通过采集不同频率的光或辐射的物理量，得到频率和能量之间的关系图。 3. 波谱的应用 波谱具有广泛的应用领域，以下是一些常见的应用示例： 3.1 光谱学 光谱学是波谱学的一个重要分支，主要研究光的波谱特性。以下是一些光谱学 的应用示例： •光谱分析：通过光谱仪，可以分析物质的特性，例如元素的组成、化学反应等。 •天文学：通过观测天体的光谱，可以研究其组成、温度、演化等信息。 •光谱成像：通过记录物体不同位置处的光谱，可以生成光谱图像，用于医学成像、遥感等领域。 3.2 能谱学 能谱学是研究粒子辐射或能量与频率之间关系的学科。以下是一些能谱学的应 用示例： •核能谱学：用于研究原子核的结构、衰变、核反应等。 •γ射线谱学：用于研究γ射线的源、能量等特性，常应用于核物理领域。 •电子能谱学：通过测量电子能谱，可以研究物质的电子结构、表面形貌等。
3.3 磁谱学 磁谱学是研究磁场和物质相互作用的学科。以下是一些磁谱学的应用示例：•核磁共振（NMR）：通过测量核磁共振信号，可以研究分子的结构、化学性质等。 •电子顺磁共振（ESR）：通过测量电子顺磁共振信号，可以研究自由基、过渡金属离子等的性质。 •磁共振成像（MRI）：通过测量核磁共振信号，可以生成人体或物体的断层图像，用于医学诊断等。 4. 总结 波谱作为一种对光、电磁辐射等进行分析和测量的技术方法，在各个学科和领 域都有广泛的应用。本文介绍了波谱的基本原理和一些常见的应用领域，涵盖了光谱学、能谱学、磁谱学等多个学科。通过波谱技术，我们可以深入了解物质和现象，为科学研究和应用开发提供重要的支持。
电子顺磁共振谱仪的使用方法 电子顺磁共振谱仪（electron paramagnetic resonance spectroscopy，EPR）是一 种用于研究自由基和顺磁性样品的仪器。它通过观察顺磁样品与外加磁场间的相互作用，获得关于自由基化学和物理性质的重要信息。本文将详细介绍电子顺磁共振谱仪的使用方法。 一、仪器准备 在开始使用电子顺磁共振谱仪之前，需要进行一系列仪器准备工作。首先，检 查谱仪是否处于正常工作状态，并接通电源。然后，检查气氛是否干燥，确保谱仪的环境符合要求。接下来，校准谱仪的电子学参数，包括频率校准、幅度校准、相位校准等。最后，进行背景扫描，以获得谱仪的背景信号，并进行相位校正。 二、样品制备 在进行电子顺磁共振谱实验之前，要准备合适的样品。样品通常是固态或液态 的顺磁材料，如金属离子或有机自由基。对于固态样品，可以制备成粉末或块状；对于液态样品，需要将其溶解在适当的溶剂中。样品制备要注意样品的纯度和浓度，以确保获得准确的谱图信号。 三、参数设置 在进行电子顺磁共振谱实验之前，需要进行参数设置。首先，选择适当的频率 范围和扫描速度，根据样品的性质和预期的信号强度进行选择。然后，设置合适的工作温度，保持样品在合适的温度范围内。接下来，根据样品类型和实验目的，选择合适的微波功率和增益，以获得良好的信噪比和分辨率。 四、实验操作 开始实验之前，需要将样品放入合适的样品盒或管中，并将其安装在谱仪中。 然后，调整谱仪的扫描参数，包括步进角度、微波功率等。确定好实验参数后，开
始进行扫描，观察信号强度和形状的变化。根据需要，可以进行多次扫描和平均处理，以提高信号的质量和稳定性。通过调整实验参数，可以得到不同范围和分辨率的谱图。 五、数据处理 获得谱图后，需要进行数据处理和分析，以提取样品的有关信息。首先，可以通过谱图的峰位和线宽，确定样品的g值和超精细耦合常数，从而推测自由基的电子结构和电子环境。然后，可以进行信号积分，计算自由基的浓度和相关参数。最后，将实验结果与已有的理论模型进行比对，以验证实验的准确性和可靠性。六、实验注意事项 在进行电子顺磁共振谱实验时，有一些注意事项需要特别关注。首先，要确保实验操作过程中保持实验室的安静和干燥，以避免干扰和谱图的模糊。其次，要谨慎选择合适的样品和溶剂，避免对仪器造成损坏和污染。此外，要坚持谱仪的日常维护和保养，保持仪器的正常性能和寿命。 总结起来，电子顺磁共振谱仪是一种重要的实验工具，可以用于研究自由基和顺磁性样品。在使用电子顺磁共振谱仪时，需要进行仪器准备、样品制备、参数设置、实验操作和数据处理等步骤。同时，要注意实验过程中的细节和注意事项，以确保实验结果的准确性和可靠性。电子顺磁共振谱仪的使用方法对于深入了解自由基化学和物理性质具有重要意义。
实验二 EPR 波谱参数的测量 一、 实验要求 通过实验进一步理解EPR 线宽、线型、g 因子和自旋浓度的基本概念，并掌握测量这些波谱参数的实验方法。 二、 实验原理 1 线宽和线型 EPR 谱的线宽是指一次微分谱线峰-峰极值之间的宽度，用△HPP 表示，以G 为单位。 而线型通常分为两种：Lorentz 线型和Gauss 线型,实际情况往往是两种线型的中间情况，可以用微分谱线斜率法来进行区分。 2 g 因子 根据共振条件H g h βυ=，式中的g 因子包含了局部磁场的变化信息，反映了未成对 电子所在分子的局部磁场的特征。通常，可以用直接法或比较法来测量g 因子。直接法测量是用微波频率计和核磁共振高斯计分别读出共振时的微波频率和共振磁场数值，利用共振条件直接计算得到g 因子。一般要求g 因子有四位有效数字。在没有微波频率计和核磁共振高斯计时，可以用已知g 因子的标准样品和未知样品在相同的微波频率下发生共振，然后利用共振条件得到 x x s s H g H g h ββυ==， x s s x H H g g = 求得未知样品的g 因子。 3 自旋数测量 自旋数指的是样品中未成对电子的数目。用比较法可以测得。在EPR 实验中，若把样品的用量控制在一定范围内，则记录的谱线强度与样品中的自旋数成正比例关系，该谱线强度是用EPR 吸收谱线所包含的面积来表征。如果用相同的实验条件，即把样品性状相似的标准
样品和未知样品同时置于双样品谐振腔中，分别记录两样品的EPR 谱，则可求得标准样品的谱线面积As 和未知样品谱线面积Ax ，两者的面积与自旋数Ns 和Nx 之间有如下关系： x s x s N N A A ::=， s x s x A A N N =∴ 根据标准样品的Ns 值，可以以上是算得未知样品的自旋数。如果两样品的线型相同，则谱线的面积A 与峰-峰高度Y 和线宽（△H PP ）2成正比。如果两样品的线宽也相同，则以上关系式变为 s x s x Y Y N N = 只要求得峰-峰高度Y 就可以求得自旋数了。 三、 实验仪器和样品 1 ER200D-SRC 型电子顺磁共振波谱仪 2 DPPH 固体样品 3 煤（山西阳泉无烟煤）的粉末样品 4 锰标样品 四、 实验步骤 1 线宽和线型的测量：将DPPH 样品插入谐振腔记录其EPR 谱图。 2 g 因子的测量：把已知g 值的标准样品DPPH 和待测g 值的煤粉末未知样品插入双样品谐振腔的前腔和后腔，分别记录两样品的EPR 谱图。在把锰标作为待测g 待测g 值的未知样品代替煤粉样品插入双样品谐振腔的前腔和后腔，分别记录两样品的EPR 谱图。 3 自旋数的测量：用已知自旋数的煤粉末样品测量为止自旋数的煤粉末样品，利用双样品腔分别记录两样品的EPR 谱图。DPPH 固体样品作未知自旋数的样品和已知自旋数的煤粉样品在双腔中分别记录EPR 谱图。 五、 数据处理和讨论 表1 以下测量各组参数变化记录
电子顺磁共振谱仪 童伟 (2009-09-06) 强磁场科学中心EPR 性能 仪器型号：EMX-10/12 plus 制造厂商：德国Bruker 公司 主要技术指标： 磁场强度：磁极距72mm 时，最大1.45T 扫场分辨率：128000点 微波频率：X-波段 9.2-9.8GHz 灵 敏 度：1.5×109自旋数/G 液氮变温：100K －700K 液氦变温：1.8K －300K 电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance , EPR)又叫电子自旋共振(electron spin resonance , ESR)，于1945首次被Zavoisky 在固体中检测到。由于高灵敏度以及对被测对象无破坏和介入的特点，使得它成为理想的分析手段之一。事实上，现在EPR 已经被广泛应用到物理，化学，材料，生物和医学等许多领域。 1. 基本物理 电子顺磁共振是物质中彼此孤立或相互作用很小的未成对电子系统的共振现象，经典的描述方式把电子顺磁共振看成是自由电子磁矩，原子或分子磁矩绕恒定磁场的Larmor 进动。量子力学则描述为由恒定磁场下产生的Zeeman 分裂能级间的量子跃迁。 我们知道，电子具两种自旋量子态1/2s M =±，相应的自旋磁矩也有两种取向－向“上”和向“下”。这样在外加磁场下0B (磁场方向为向上)，就形成两个能级为 0012 B s B E g B M g B μμ==± (1.1) 其中g 是朗德因子，B μ是波尔磁子。1/2s M =-对应自旋磁矩平行于外场能量低， 图 1 自旋态能量随外加磁场变化示意图。
图 3 EPR 共振信号。 1/2s M =+对应自旋磁矩反平行于外场能量高。微波可以看成光量子，能量为E h ν=，当微波的能量等于两个自旋态能级差时就发生共振吸收，即 0B h g B νμ= (1.2) 因此对于自由电子自旋，产生电子顺磁共振的角频率为0/(2)B νγπ= ，旋磁比 1111/ 1.7608610e B g rad s T γμ--=-=-⨯⋅⋅。 由1.2式可以知道，有两种方式来获得共振信号。一种是固定频率，扫场；一种是固定磁场扫频率。商业的EPR 谱仪一般是前者。图一是Zeeman 分裂的能级差随外磁场变化以及共振吸收示意图。 在实际的研究对象中，未成对电子自旋的主要来源有两大类：（1）过渡金属离子或原子，它们具有未填满的d 电子或f 电子壳层，这些离子（原子）称为顺磁离子（原子）。（2）金属或半导体中的导电电子，有机物的自由基，晶体缺陷（如位错）和辐照损伤（如色心）的外层电子或共有化电子。这些电子不再是自由电子，所要满足的共振条件仍是1.2式，不过g 因子不再是自由电子的值，磁场项将包括样品内的等效内场项。这些变化正是需要分析研究的内容。简单来说，研究掺杂顺磁离子的晶体的顺磁共振波谱，可以获得顺磁离子的基态能谱，顺磁离子所在晶位的点对称性，顺磁离子的驰豫以及基质晶体的相变等信息。研究半导体中的施主和受主杂志，顺磁离子掺杂，辐照损伤和晶体缺陷引起的电子顺磁共振可以得到有关半导体能带结构和导电机制的资料。在化学中，自由基或三重态分子具有短寿命，化学活性高，不稳定等特点，电子顺磁共振不仅可以检测它们的存在，测定它们的浓度或含量，确定未成对电子云密度在自由基分子中的分布情况等，并且在研究过程中不改变或不破坏自由基本身。从顺磁共振的超精细分裂还可以获得原子核处或其附件的电子自旋密度及顺磁离子配位络合物的共价键信息。 2. 仪器结构和信号 图2是电子顺磁共振系统的基本结构。其中微波源可以是固态的或电子调速管。商业的 仪器如Bruker 的EPR 系统通常将微波源，隔 离器，衰减器，探测器以及锁相放大器这些信 号产生和测量部件集成一个盒子里称为微波 图 2 电子顺磁共振谱仪基本组成的图示。
核磁共振波谱学简单介绍及其应用 学生姓名：蔡兴宇学号：20105052029 化学化工学院应用化学 指导老师：王海波职称：讲师 摘要：核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。核磁共振是一种探索、研究物质微观结构和性质的高新技术。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。 关键词：核磁共振；量子力学；参数；能级分裂；电磁波 Abstract: nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is a branch of spectroscopy, and its resonant frequency in the radio frequency band, the corresponding transition is nuclear spin on the nuclear zeeman energy level transition. People usually mean by nuclear magnetic resonance (NMR) is the use of nuclear magnetic resonance phenomenon of molecular structure, the structure of human body internal information technology. Nuclear magnetic resonance (NMR) is a kind of exploration, research material microstructure and properties of high and new technology. At present, nuclear magnetic resonance (NMR) has been in physics, chemistry, materials science, life science and medicine has been widely applied in areas such as. Key words: nuclear magnetic resonance (NMR); Quantum mechanics; Parameters; Energy level splitting; The electromagnetic wave
文件编号：GD/FS-1023 （报告范本系列） 电子顺磁共振实验报告 详细版 The Short-Term Results Report By Individuals Or Institutions At Regular Or Irregular Times, Including Analysis, Synthesis, Innovation, Etc., Will Eventually Achieve Good Planning For The Future. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
电子顺磁共振实验报告详细版 提示语：本报告文件适合使用于个人或机构组织在定时或不定时情况下进行的近期成果汇报，表达方式以叙述、说明为主，内容包含分析，综合，新意，重点等，最终实现对未来的良好规划。文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 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