EPR电子顺磁共振教程
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EPR电子顺磁共振 - 4
微波系统主要由： 微波桥和谐振腔等构成。 微波桥是由产生、控制和检测微波辐射的器件组成， 如：波导、隔离器、可调节微波功率的微波衰减器、 晶体检波器及可以稳定微波频率将其自动锁定在谐 振频率的自动频率控制器 (AFC)等。 微波源：速调管或耿氏（Gunn）二级管振荡器；
产生微波频率稳定、噪声低。
EPR—共振仪三
温度低实验优点：信号大，灵敏度高，谱线窄，分辨率好。 缺点：造成驰豫时间长，易饱和（达热平衡慢）
2、g因子 能够提供分子结构及其环境信息的一个重要参 数，也称为系统常数。 g = hυ/Hβ =
0.0714484×υ(MHz)/H(mT)
H3
H
H4
(H-H3) / (H4-H) = a / b
由于超精细相互作用——EPR谱线分裂
改变。斜率为零，电流信号幅度为零； 当调制通过整个吸收峰后，我们就得 到左图4。由于信号是100kHz，便于 放大，信噪比大大提高，这个信号通 过100kHz的相敏检波器，则得到微分 信号，这就是我们得到的EPR信号。
斜率越大，输出电流振幅越大。因此，
EPR—共振仪三
调制振幅最好约为吸收线宽
的1／10，最大不超过一半。
EPR—共振仪三
Spin trapping：
自旋捕获（集）— Spin trapping技术是60年代末发
展起来的一种短寿命自由基的检测技术。主要检测
和鉴定化学和生物体系中短寿命自由基。 自旋捕获（集）是将一不饱和的抗磁功能基团（自 旋捕获剂）加入反应体系，产生ESR可以检测的自
由基的技术。 R • + 自旋捕集剂 自旋加合物
t-Bu N O + R t-Bu N R O
EPR—共振仪三
EPR—共振仪三
产生微波频率稳定、噪声低。
EPR—共振仪三
温度低实验优点：信号大，灵敏度高，谱线窄，分辨率好。 缺点：造成驰豫时间长，易饱和（达热平衡慢）
2、g因子 能够提供分子结构及其环境信息的一个重要参 数，也称为系统常数。 g = hυ/Hβ =
0.0714484×υ(MHz)/H(mT)
H3
H
H4
(H-H3) / (H4-H) = a / b
由于超精细相互作用——EPR谱线分裂
改变。斜率为零，电流信号幅度为零； 当调制通过整个吸收峰后，我们就得 到左图4。由于信号是100kHz，便于 放大，信噪比大大提高，这个信号通 过100kHz的相敏检波器，则得到微分 信号，这就是我们得到的EPR信号。
斜率越大，输出电流振幅越大。因此，
EPR—共振仪三
调制振幅最好约为吸收线宽
的1／10，最大不超过一半。
EPR—共振仪三
Spin trapping：
自旋捕获（集）— Spin trapping技术是60年代末发
展起来的一种短寿命自由基的检测技术。主要检测
和鉴定化学和生物体系中短寿命自由基。 自旋捕获（集）是将一不饱和的抗磁功能基团（自 旋捕获剂）加入反应体系，产生ESR可以检测的自
由基的技术。 R • + 自旋捕集剂 自旋加合物
t-Bu N O + R t-Bu N R O
EPR—共振仪三
EPR—共振仪三
中科大 电子顺磁共振(EPR2010秋-2)
• 铁磁性 (B’>0，即B’与B0同向， B’随B0增大而急 剧增加， 但当B0 消失而本身磁性并不消失) • 反磁性(B’<0，即B’与B0反向) (逆、抗)
EPR—基本原理
反磁性（Diamagnetism） 反磁性的磁化率为负值。 所有物质都具有反磁性。在 外磁场作用下，电子的轨道 运动产生附加转动 (Larmor 进 动 ) ，动量矩发生变化，产生 与外磁场相反的感生磁矩， 表现出反磁性。
通常情况下，该分子磁矩的方向是随机的， 不呈现顺磁性。 当其处于外加磁场中，分子的永久磁矩 随外磁场取向，产生与外磁场同向的内磁 场，这就是物质顺磁性的来源。
回答了哪些物质是顺磁性的!
EPR—基本原理
物质的磁性
B0 — 指外磁场强度 B’ — 外磁场作用下，被诱导产生的附加磁场强度
• 顺磁性 (B’>0，即B’与B0同向)
物质的磁性是物质的宏观物性，它是分子内部 微观结构的总体反映。
EPR—基本原理
2、共振条件(Resonant Condition)
顺磁性物质的分子（或原子、离子）中存在 未成对电子，其电子总自旋角动量Ms不为零。
Ms =
S(S+1) h /2 =
S(S+1) h
其中，S是电子总自旋量子数，其值取决于未成对 电子的数目n (S= n/2 )，式中ћ =h/2π （Planck’s constant h = 6.626×10-34J.s）
2010研究生课程— EPR
Introduction of Electron Paramagnetic Resonance (EPR）
陈 家 富
合肥微尺度物质科学国家实验室 理化中心顺磁
二0一0年十一月
最新波谱能谱系列课程——EPR电子顺磁共振_1幻灯片
• 经中国银监会审批，信托投资公司办理房地产信托 业务时，单个集合信托计划接受的合同份数可以不 受《信托投资公司资金信托管理暂行办法》第六条 的限制。
2005年1月
38
信托与租赁
第七章 房地产信托与年金信托
第一节 房地产信托
• 房地产信托资金的保管人，应当履行下列职 责：
➢建立房地产信托资金账户和受益人账户； ➢记录房地产信托资金投资收益；
化妆品：如SOD，抗氧剂（防晒油等）； 烟草：清除烟草烟气自由基—有害成分； 如何提香、降害？—烟草制品的改进方向。
3、双基或多基
这类化合物含有两个或两个以上未成对电 子，且它们相距甚远，相互作用也很弱。
例如： P h 2 C
EPR—研究对象三
C P h 2
两个碳上各有一个未偶电子，且被两个苯环隔开，相 互作用很弱，是一个典型的双基，可以用EPR研究它。
1986
5、石津和彦 等，实用电子自旋共振简明教程（生命
科学专业适用），南开大学出版社，1992
6、张建中等，磁共振教程，中国科大出版社 ，1996
电子顺磁共振（EPR）
2004研究生课程— EPR
历史：
1945年，前苏联物理学家，柴伏依斯基/或称扎伏伊
斯基 (Zavoisky, N.K.) 观察发现的。
其它相关的自由基化学：
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
酒类：啤酒主要性能指标之一，lag time Beer-Flavor Stability
PBN-OH加合物的ESR谱线：
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
2005年1月
38
信托与租赁
第七章 房地产信托与年金信托
第一节 房地产信托
• 房地产信托资金的保管人，应当履行下列职 责：
➢建立房地产信托资金账户和受益人账户； ➢记录房地产信托资金投资收益；
化妆品：如SOD，抗氧剂（防晒油等）； 烟草：清除烟草烟气自由基—有害成分； 如何提香、降害？—烟草制品的改进方向。
3、双基或多基
这类化合物含有两个或两个以上未成对电 子，且它们相距甚远，相互作用也很弱。
例如： P h 2 C
EPR—研究对象三
C P h 2
两个碳上各有一个未偶电子，且被两个苯环隔开，相 互作用很弱，是一个典型的双基，可以用EPR研究它。
1986
5、石津和彦 等，实用电子自旋共振简明教程（生命
科学专业适用），南开大学出版社，1992
6、张建中等，磁共振教程，中国科大出版社 ，1996
电子顺磁共振（EPR）
2004研究生课程— EPR
历史：
1945年，前苏联物理学家，柴伏依斯基/或称扎伏伊
斯基 (Zavoisky, N.K.) 观察发现的。
其它相关的自由基化学：
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
酒类：啤酒主要性能指标之一，lag time Beer-Flavor Stability
PBN-OH加合物的ESR谱线：
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
电子顺磁共振(EPR2006-C)
线形 反映
大 小 灵敏度
宽 窄 分辩率
g 因子 分子结 构
形 状 相互作用 类型
EPR—共振波谱三
实际上，我们所观察到的谱线往往不止一条， 实际上，我们所观察到的谱线往往不止一条，
而是若干条分裂谱线，这是为什么呢？ 而是若干条分裂谱线，这是为什么呢？
答案是：由于超精细相互作用的结果 答案是：
（hyperfine interactions） ）
H = (H0 + H’)，H’为局部磁场 为局部磁场; ， 为局部磁场
局部磁场H’由分子结构确定 因此，g因子在本质上 局部磁场 由分子结构确定, 因此， 因子在本质上 由分子结构确定 反映了分子内局部磁场的特性， 反映了分子内局部磁场的特性，所以说它是
能够提供分子结构及其环境信息的一个重要参数。
EPR谱线的形状反映了共振吸收强度随磁场变化 谱线的形状反映了共振吸收强度随磁场变化 的关系；理论上EPR谱线应该是无限窄的，实际上 谱线应该是无限窄的， 的关系；理论上 谱线应该是无限窄的 EPR谱线都有一定的宽度，原因： 谱线都有一定的宽度，原因： 谱线都有一定的宽度 a. 寿命增宽 ，S—L作用 作用 δH ~ δE/g β ~ (ћ/g β) ·1/δt 自旋—晶格作用越强， 自旋 晶格作用越强，δt 晶格作用越强 越小， 越大，即谱线越宽。 越小，则δH 越大，即谱线越宽。 b. 久期增宽 ，S—S相互作用 相互作用 顺磁粒子周围存在许多小磁体， 顺磁粒子周围存在许多小磁体，每个小磁体除处在外 磁体 加磁场外，还处于由其它小磁体所形成的局部磁场中。 加磁场外，还处于由其它小磁体所形成的局部磁场中。
EPR—共振波谱三
超精细谱线是µ 核磁矩） 自旋磁矩） 超精细谱线是 I（核磁矩）与µs（自旋磁矩） 相互作用的结果; 相互作用的结果
《电子顺磁共振》课件
水质监测
通过电子顺磁共振技术可以检测 水体中的重金属离子、有机污染 物等有害物质，为水质监测和治 理提供技术支持。
土壤污染修复
电子顺磁共振技术可以用于土壤 污染修复过程中的自由基监测， 有助于了解土壤污染的修复机制 和效果评估。
05
电子顺磁共振的未来发展与 挑战
技术创新与突破
检测方法的改进
01
提高检测灵敏度、分辨率和稳定性，实现更快速、准确和自动
样品固定
采用适当的固定方法将样 品固定在实验装置中，以 便进行实验操作。
实验操的电子顺磁共振实验装 置。
参数设置
根据实验样品的特点，设置合适的实验参数，如 磁场强度、微波频率等。
实验操作
按照实验步骤进行操作，记录实验数据。
数据处理与分析
数据整理
整理实验获得的数据，确保数据的准确性和完整性。
通过电子顺磁共振技术可以研究催化剂的活性中心和反应过程中电 子结构的改变，有助于优化催化剂的性能。
化学键断裂与形成
电子顺磁共振可以检测化学键的断裂和形成过程中自由基的变化， 有助于理解化学键的本质和化学反应的动力学过程。
在生物学研究中的应用
自由基生物学
电子顺磁共振技术可以用于研究自由基生物学，探索自由 基在生物体内的生成、代谢和作用机制，以及自由基对生 物体的影响。
现状
目前，EPR已经成为一种重要的物理表征手段，广泛应用于 各个学科领域。
应用领域
物理
EPR在物理领域中主要用于研究物质 的电子结构和磁性性质，如铁电体、 超导体等。
生物学
EPR在医学领域中用于研究生物组织 的结构和功能，如肿瘤、心血管疾病 等。
化学
EPR在化学领域中用于研究分子的电 子结构和反应机理，如自由基反应、 化学键断裂等。
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)ppt课件
基本原理
电子和原子核一样是带电粒子，自旋的电子 因而产生磁场，具有磁矩 s
s= -gS g 因子（值为2.0023) 为玻尔磁子，S为 自旋角动量。 对单电子 S = 1/2;电子自旋状态有2S＋1个 即：Ms ＝1/2
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
3
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
在外磁场H中，能量E为：
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
5
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
2. 超精细耦合
未成对电子的自旋除受到自身轨道运动影响外，还受到临近核的 磁矩作用的影响，其结果类似于NMR中自旋分裂，使电子顺磁共 振谱发生分裂成两条或更多。这种作用称为超精细耦合。
1）、一个磁性核的超精细耦合作用
E= g H Ms ＋AMsMl A为超精细耦合常数，Ml是核磁矩的量 子数。即在一个磁性核耦合作用下，可 分裂四个能级：
E1= 1/2 g H ＋1/4A E2= 1/2 g H -1/4A E3= -1/2 g H ＋1/4A E4= -1/2 g H -1/4A 根据选律定则，只有Ml＝0； Ms＝ 1才有能级跃迁，即E1 －E4 和E2 －E3有 能级跃迁。
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
6
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
14
现代分析测试技术—电子能谱
X射线与物质作用，会获得一系列 的信息，这包括自由电子（光电子）、
二次电子（俄歇电子）、次级X射线 （荧光X射线）等。
X光的能量较大，它不仅可使结 合能小的价电子电离，也可使结合 能大的内层电子电离。因此，对于 大多数元素XPS都会有几个不同轨 道的能谱峰。
光电子能谱 俄歇电子能谱(AES, Auger Electron Spectrometer) 光电子能谱又分为 X光电子能谱 (XPS,X-ray Power Spectroscopy) 紫外光电子能谱 (UPS, Ultraviolet Power Spectroscopy)
电子和原子核一样是带电粒子，自旋的电子 因而产生磁场，具有磁矩 s
s= -gS g 因子（值为2.0023) 为玻尔磁子，S为 自旋角动量。 对单电子 S = 1/2;电子自旋状态有2S＋1个 即：Ms ＝1/2
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
3
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
在外磁场H中，能量E为：
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
5
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
2. 超精细耦合
未成对电子的自旋除受到自身轨道运动影响外，还受到临近核的 磁矩作用的影响，其结果类似于NMR中自旋分裂，使电子顺磁共 振谱发生分裂成两条或更多。这种作用称为超精细耦合。
1）、一个磁性核的超精细耦合作用
E= g H Ms ＋AMsMl A为超精细耦合常数，Ml是核磁矩的量 子数。即在一个磁性核耦合作用下，可 分裂四个能级：
E1= 1/2 g H ＋1/4A E2= 1/2 g H -1/4A E3= -1/2 g H ＋1/4A E4= -1/2 g H -1/4A 根据选律定则，只有Ml＝0； Ms＝ 1才有能级跃迁，即E1 －E4 和E2 －E3有 能级跃迁。
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
6
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
14
现代分析测试技术—电子能谱
X射线与物质作用，会获得一系列 的信息，这包括自由电子（光电子）、
二次电子（俄歇电子）、次级X射线 （荧光X射线）等。
X光的能量较大，它不仅可使结 合能小的价电子电离，也可使结合 能大的内层电子电离。因此，对于 大多数元素XPS都会有几个不同轨 道的能谱峰。
光电子能谱 俄歇电子能谱(AES, Auger Electron Spectrometer) 光电子能谱又分为 X光电子能谱 (XPS,X-ray Power Spectroscopy) 紫外光电子能谱 (UPS, Ultraviolet Power Spectroscopy)
材料物理实验方法-电子顺磁共振-2010-3
EPR—共振波谱
而实际上， 而实际上，我们所观察到的谱线往往不止一 而是若干条分裂谱线，这是为什么呢？ 条，而是若干条分裂谱线，这是为什么呢？
原因是： 的结果。 原因是：由于超精细相互作用的结果。
（hyperfine interactions） ）
EPR—共振波谱
5、超精细结构 、
把未成对电子自旋磁矩与核自旋磁矩间的相互作 或超精细耦合hfc） 用称为超精细相互作用（或超精细耦合 ）。 由超精细相互作用可以产生许多谱线， 由超精细相互作用可以产生许多谱线，就称为超
EPR—共振波谱
影响H’的因素： 影响 的因素： 的因素 ∝ (1-3cos2θ) / r3 θ=（r ·H） 空间因素
r —自旋体之间的距离 自旋体之间的距离
降低溶液浓度，使自旋体的 增加， 减少。 降低溶液浓度，使自旋体的r 增加，则H’减少。 减少
减少H’值的方法: 减少 值的方法: 稀 释！ 值的方法
H = (H0 + H’)，H’为局部磁场 ， 为局部磁场; 为局部磁场
局部磁场H’由分子结构确定, 因此，g因子在本质上 H’ , 反映了分子内局部磁场的特性，所以说它是
能够提供分子结构及其环境信息的一个重要参数。 g因子（也称为系统常数） 因子（也称为系统常数）
EPR—共振波谱
举例： 信号的g因子 因子: 举例：Ni2+信号的 因子 ， NiBr2 2.27，NiSO4·7H2O 2.20， ， Ni(NH3)6Br2 2.18，[Ni(H2O)6]2+ 2.25等。 ， 等 这与NMR中的化学位移 在反映结构特征方 中的化学位移δ在反映结构特征方 这与 中的化学位移 面有相似之处。 面有相似之处。
b、久期增宽 (Secular broadening) 、 (自旋 自旋，S—S相互作用 自旋—自旋 相互作用) 自旋 自旋， 相互作用
电子顺磁共振实验方法
二. 电子顺磁共振的实验装置
1. EPR波谱仪分类 2. EPR波谱仪的主要组成单元和工作过程 3. ESR波谱仪的主要指标
三. 电子顺磁共振的新技术方法 1. 自旋标记EPR 2. 自旋捕捉EPR 3. 低温- EPR
四. 时间分辨电子顺磁共振波谱仪 1.短寿命自由基的检测方法 2. 时间分辨ESR 3. E-500 型ESR波谱仪及仪器的主要指标 4. TR-ESR波谱的产生、检测及举例 5. TR-ESR 瞬态时间波谱的数据处理 6. TR-ESR瞬态检测的优点
微环境结构特点。
超精细分裂常数 a ------ hyperfine splitting constant，电子自旋与核自旋相互作用。
H
6. EPR技术的研究对象和主要优缺点
对象：*自由基(Free radical)
电子层的最外层具有单电子的原子、分子或离子并且能独立存在。
例如: 单基：四甲基哌啶 (TEMPO)
电子自旋在磁场中的能级分裂称为Zeeman分裂。
二个能级的能量之差： E= ge .e .H
H
S
N
E上 = +1/2 ge .e .H E= ge .e .H
E下 = -1/2 ge .e .H
H=0 H≠0
3．电子顺磁共振的共振条件
电磁辐射能量 h
刚好满足两个能级之间的能量差E
电子从下能级跃迁到上能级
电 子 顺 磁 共 振 (EPR, ESR) 实验方法
目录
一. 电子顺磁共振的基本概念 1. 电子的运动 2. 电子在直流磁场中的行为 - 能级分裂 3. 电子顺磁共振共振条件 4. 超精细相互作用 溶液自由基波谱的特点、解析及举例 5. EPR波谱的一般参数
1. EPR波谱仪分类 2. EPR波谱仪的主要组成单元和工作过程 3. ESR波谱仪的主要指标
三. 电子顺磁共振的新技术方法 1. 自旋标记EPR 2. 自旋捕捉EPR 3. 低温- EPR
四. 时间分辨电子顺磁共振波谱仪 1.短寿命自由基的检测方法 2. 时间分辨ESR 3. E-500 型ESR波谱仪及仪器的主要指标 4. TR-ESR波谱的产生、检测及举例 5. TR-ESR 瞬态时间波谱的数据处理 6. TR-ESR瞬态检测的优点
微环境结构特点。
超精细分裂常数 a ------ hyperfine splitting constant，电子自旋与核自旋相互作用。
H
6. EPR技术的研究对象和主要优缺点
对象：*自由基(Free radical)
电子层的最外层具有单电子的原子、分子或离子并且能独立存在。
例如: 单基：四甲基哌啶 (TEMPO)
电子自旋在磁场中的能级分裂称为Zeeman分裂。
二个能级的能量之差： E= ge .e .H
H
S
N
E上 = +1/2 ge .e .H E= ge .e .H
E下 = -1/2 ge .e .H
H=0 H≠0
3．电子顺磁共振的共振条件
电磁辐射能量 h
刚好满足两个能级之间的能量差E
电子从下能级跃迁到上能级
电 子 顺 磁 共 振 (EPR, ESR) 实验方法
目录
一. 电子顺磁共振的基本概念 1. 电子的运动 2. 电子在直流磁场中的行为 - 能级分裂 3. 电子顺磁共振共振条件 4. 超精细相互作用 溶液自由基波谱的特点、解析及举例 5. EPR波谱的一般参数
《电子顺磁共振EPR》课件
电子顺磁共振(EPR) PPT课件
contents
目录
• 电子顺磁共振(EPR)简介 • EPR的基本技术 • EPR在来发展与挑战
01
电子顺磁共振(EPR)简介
定义与原理
定义
电子顺磁共振（EPR）是一种研究物质与辐射相互作用的物理方法，通过测量物 质中未成对电子在磁场中的共振吸收来获取物质内部结构和电子状态信息。
数据分析
根据EPR谱图的特征峰位置、形状和 强度，解析物质内部未成对电子的分 布和取向，从而推断出物质的结构和 性质。
03
EPR在科学研究中的应用
分子结构和化学环境研究
总结词
EPR技术可以提供分子结构和化学环境的信息，有助于深入了解分子的电子结 构和化学键的性质。
详细描述
EPR通过测量电子自旋共振信号的频率和强度，可以推断出分子中电子的分布 和跃迁情况，从而揭示分子的结构和化学环境。这对于理解化学反应机理、分 子识别和分子设计等领域具有重要意义。
医学研究
EPR用于研究生物组织中的 自由基、血红蛋白、肌红蛋 白等生物分子的结构和功能 ，以及与疾病相关的变化。
环境科学
EPR用于研究环境污染物的 电子结构和环境因素对其影 响。
02
EPR的基本技术
实验设置与设备
实验原理
电子顺磁共振是研究物质中未成 对电子的共振现象，通过测量样 品在特定频率电磁辐射下的吸收 和发射，可以获得关于物质内部
固体材料中的缺陷和掺杂研究
总结词
EPR技术可以用于研究固体材料中的缺陷和掺杂情况，有助于深入了解材料的物理和化学性质。
详细描述
EPR可以检测固体材料中的自由电子和缺陷态电子，通过测量这些电子的自旋共振信号，可以推断出 固体材料的结构和性质。这对于研究材料的物理和化学性质、新型材料的设计和开发等领域具有重要 意义。
contents
目录
• 电子顺磁共振(EPR)简介 • EPR的基本技术 • EPR在来发展与挑战
01
电子顺磁共振(EPR)简介
定义与原理
定义
电子顺磁共振（EPR）是一种研究物质与辐射相互作用的物理方法，通过测量物 质中未成对电子在磁场中的共振吸收来获取物质内部结构和电子状态信息。
数据分析
根据EPR谱图的特征峰位置、形状和 强度，解析物质内部未成对电子的分 布和取向，从而推断出物质的结构和 性质。
03
EPR在科学研究中的应用
分子结构和化学环境研究
总结词
EPR技术可以提供分子结构和化学环境的信息，有助于深入了解分子的电子结 构和化学键的性质。
详细描述
EPR通过测量电子自旋共振信号的频率和强度，可以推断出分子中电子的分布 和跃迁情况，从而揭示分子的结构和化学环境。这对于理解化学反应机理、分 子识别和分子设计等领域具有重要意义。
医学研究
EPR用于研究生物组织中的 自由基、血红蛋白、肌红蛋 白等生物分子的结构和功能 ，以及与疾病相关的变化。
环境科学
EPR用于研究环境污染物的 电子结构和环境因素对其影 响。
02
EPR的基本技术
实验设置与设备
实验原理
电子顺磁共振是研究物质中未成 对电子的共振现象，通过测量样 品在特定频率电磁辐射下的吸收 和发射，可以获得关于物质内部
固体材料中的缺陷和掺杂研究
总结词
EPR技术可以用于研究固体材料中的缺陷和掺杂情况，有助于深入了解材料的物理和化学性质。
详细描述
EPR可以检测固体材料中的自由电子和缺陷态电子，通过测量这些电子的自旋共振信号，可以推断出 固体材料的结构和性质。这对于研究材料的物理和化学性质、新型材料的设计和开发等领域具有重要 意义。
EPR电子顺磁共振教程
5、三重态分子
这类化合物分子轨道上也有两个未偶电子，但其与双基 不同，这两个电子彼此相距很近，有很强的相互作用。有两类： 1、激发三重态；如：萘激发三重态；
2、基态就是三重态分子如：氧分子。
6、过渡金属和稀土元素
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
过渡金属、稀土元素具有未充满的3d，4d，5d及 4f壳层，核外有一个或一个以上的未成对电子。
Purcell
1955年 1966年 1981年 1989年 W.E. Lamb, P. Kusch A. Kastler N. Bloembergen N.F. Ramsey 1964年 1977年 1983年 1991年 C.H. Townes J.H. Van Vleck H. Taube R.R. Ernst
Raymond snubbed by Nobel Committee because he is beloved by God? Godless science shits on a saint.
I don't know. Perhaps Raymond deserves the prize. MRI was first attempted by him but his results were pretty much useless. His original paper has been discredited by follow up research. I personally see no conflict between science and spiritualism, but putting a Christian God as the head of the universe is tacky in my opinion. Teaching that there has been no evolution, that Genesis contains a literal cosmology, well that isn't science in any sense I understand.
电子顺磁共振
电子顺磁共振引言电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance，EPR），也被称为电子自旋共振（Electron Spin Resonance，ESR），是一种用于研究具有未成对电子的物质的方法。
在电子顺磁共振实验中，通过射频辐射使未成对电子从低能级跃迁至高能级，然后测量能级差并得到相关的信息。
在本文中，我们将介绍电子顺磁共振的原理、实验方法和应用领域。
1. 电子顺磁共振原理电子顺磁共振是基于未成对电子自旋的共振现象展开研究的。
未成对电子由于其自旋角动量的存在，会在外磁场作用下分裂成不同的能级。
当外磁场的大小与特定的能级分裂相匹配时，电子将吸收特定频率的辐射并跃迁到更高能级上。
电子顺磁共振的核心原理可以用以下方程表示：ΔE = gβB其中，ΔE代表能级差，g为电子的旋磁比，β为普朗克常量，B为外磁场的大小。
2. 电子顺磁共振实验2.1 仪器设备进行电子顺磁共振实验通常需要以下仪器设备：•电子顺磁共振仪：用于产生恒定的外磁场，并进行射频辐射的发射和接收。
•射频源：用于产生射频辐射。
•微波源：用于产生微波辐射。
•探头：用于与样品接触，将样品放入恒定外磁场中。
2.2 实验步骤电子顺磁共振实验的基本步骤如下：1.准备样品：选择合适的样品进行实验，并将样品放入探头中。
2.确定外磁场：通过调节电子顺磁共振仪中的磁场强度，使其满足能级分裂的共振条件。
3.辐射射频和微波：在满足共振条件的磁场下，分别辐射射频和微波进行激发。
4.记录数据：测量射频和微波辐射的频率以及相应的共振信号强度，记录实验数据。
5.数据处理：对实验数据进行处理和分析，提取出所需的信息和参数。
3. 电子顺磁共振的应用电子顺磁共振广泛应用于物理学、化学和生物学等领域，主要用于以下方面：3.1 材料科学电子顺磁共振可以通过研究材料中的未成对电子状态及其相互作用来了解材料的结构和性质。
它被广泛应用于材料科学中的磁性材料、光纤材料等的研究中，为材料的开发提供了重要的参考。
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)ppt课件
s= -gS g 因子（值为2.0023) 为玻尔磁子，S为
自旋角动量。 对单电子 S = 1/2;电子自旋状态有2S＋1个 即：Ms ＝1/2
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
在外磁场H中，能量E为：
E= - s H ＝gMs H
Ms =+1/2 E= 1/2 g H Ms =－1/2 E = - 1/2 g H E = E - E = g H E = g H = h 一般在微波区（9.5-35千兆）
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱 2）、一组等价磁性核的超精细耦合作用
当未成对电子同时受到几个相同的磁性核作用时，谱线的裂分数为： 2nI+1， 其强度比符合二项式展开。 例如，甲基自由基H3C,因受到3个等价氢的作用而呈现4条裂分谱线。 苯自由基阴离子则为7条谱线。
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
现代分析测试技术—电子能谱
X 射线与物质作用，会获得一系列 的信息，这包括自由电子（光电子）、 二次电子（ 俄歇电子）、次级 X 射线
（荧光X射线）等。 X光的能量较大，它不仅可使结 合能小的价电子电离，也可使结合 能大的内层电子电离。因此，对于 大多数元素 XPS 都会有几个不同轨 道的能谱峰。 一般入射光的能量与电子的结合 能越接近，其电离的概率越大，谱 峰越强。
只有未成对的电子才有电子顺磁共振。 同样电子也存在自旋－晶格 弛豫和自旋－自旋弛豫现象
现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
波谱特性
对于分子中的未成对电子， 除自旋运动外，还有轨道运动。 因此，在外磁场作用下，轨道运动也会产生一个内磁场H’，这样 未成对电子所处的磁场应为： Hr = H + H’
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
电子顺磁共振(ESR)教程
.
液体样品的制备
在ESR测试中，常见的是液体样品的测试，如自由基 ，有机反应中间体，过渡金属等，液体样品制备过程 中需要注意以下几点：
1、溶剂。测量液体样品时，要注意溶剂的极性，对于 极性大的溶剂，需要将样品放在毛细管中进行测试， 以避免溶剂对微波的吸收。
2、除氧。液体样品中氧气对信号的干扰非常大，需要 对样品进行通氮或真空除氧，以保证测试过程中能看 到精细的机构信息。
.
上图表明，在该光分解反应中，有·CH2OH自由 基产生，CH2的两个等价质子使未配对电子裂分为 三条谱线（相对强度为1:2:1, 裂距为17.4 Gs）； OH中的一个质子又使每一条谱线裂分为两条谱线 （相对强度为1:1, 裂距为1.15 Gs）。ESR谱证明 了·CH2OH自由基的存在，该自由基产生的机理：
H2O2 2·OH， CH3OH + ·OH ·CH2OH + H2O
.
自旋捕捉剂和自旋标记
亚硝基化合物
.
自旋捕捉剂和自旋标记
氮氧化合物
.
稳定自由基谱
.
应用举例1：初级自由基研究
有机过氧化氢与N,N-二甲胺
.
.
应用举例2：初级自由基研究
过硫酸铵 (NH4)2S2O8和 脂肪环叔胺N甲基吗啡啉/ 脂肪环仲胺吗 啡啉
E = gbBSz + (a)SzIz
(hA0 (Hz) -> a (G) via g-factor)
Selection Rule DMDMS =I =±01(n.(eulcelcetaror)n)
DE1 = gbB + a DE2 = gbB DE3 = gbB - a
ESR用于有机自由基的研究： 在紫外光的照射下，含有少量H2O2的甲醇溶Байду номын сангаас发 生光分解反应的ESR谱如下：
液体样品的制备
在ESR测试中，常见的是液体样品的测试，如自由基 ，有机反应中间体，过渡金属等，液体样品制备过程 中需要注意以下几点：
1、溶剂。测量液体样品时，要注意溶剂的极性，对于 极性大的溶剂，需要将样品放在毛细管中进行测试， 以避免溶剂对微波的吸收。
2、除氧。液体样品中氧气对信号的干扰非常大，需要 对样品进行通氮或真空除氧，以保证测试过程中能看 到精细的机构信息。
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上图表明，在该光分解反应中，有·CH2OH自由 基产生，CH2的两个等价质子使未配对电子裂分为 三条谱线（相对强度为1:2:1, 裂距为17.4 Gs）； OH中的一个质子又使每一条谱线裂分为两条谱线 （相对强度为1:1, 裂距为1.15 Gs）。ESR谱证明 了·CH2OH自由基的存在，该自由基产生的机理：
H2O2 2·OH， CH3OH + ·OH ·CH2OH + H2O
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自旋捕捉剂和自旋标记
亚硝基化合物
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自旋捕捉剂和自旋标记
氮氧化合物
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稳定自由基谱
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应用举例1：初级自由基研究
有机过氧化氢与N,N-二甲胺
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应用举例2：初级自由基研究
过硫酸铵 (NH4)2S2O8和 脂肪环叔胺N甲基吗啡啉/ 脂肪环仲胺吗 啡啉
E = gbBSz + (a)SzIz
(hA0 (Hz) -> a (G) via g-factor)
Selection Rule DMDMS =I =±01(n.(eulcelcetaror)n)
DE1 = gbB + a DE2 = gbB DE3 = gbB - a
ESR用于有机自由基的研究： 在紫外光的照射下，含有少量H2O2的甲醇溶Байду номын сангаас发 生光分解反应的ESR谱如下：
电子顺磁共振谱仪的使用方法
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。
EPR电子顺磁共振教程
I'll let God decide whether Raymond gets his Nobel or not…..
2019研究生课程— EPR
本讲座的主要内容：
一、 电子顺磁共振的研究对象 二、 电子顺磁共振的基本原理 三、 电子顺磁共振波谱 四、 电子顺磁共振仪
EPR—研究对象三
一、 电子顺磁共振的研究对象
5、三重态分子
这类化合物分子轨道上也有两个未偶电子，但其与双基 不同，这两个电子彼此相距很近，有很强的相互作用。有两类：
1、激发三重态；如：萘激发三重态； 2、基态就是三重态分子如：氧分子。
6、过渡金属和稀土元素
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
过渡金属、稀土元素具有未充满的3d，4d，5d及 4f壳层，核外有一个或一个以上的未成对电子。
EPR—研究对象三
Application Fields of ESR Spectroscopy
Magnetic substance photo-translation
Transition metal ion
Metal complex
Catalyst
Glass-fiber
Teeth, Bone Shell, Coral Quartz, Aging
Degradation Polymerization
Combustion
Spin trap Active oxygen
Liquid crystal LB membrane Organomagnetic
Conducting materials
Enzyme
EPR—研究对象三
1、固体碱金属 碱金属的核外价电子：nS1
I don't know. Perhaps Raymond deserves the prize. MRI was first attempted by him but his results were pretty much useless. His original paper has been discredited by follow up research. I personally see no conflict between science and spiritualism, but putting a Christian God as the head of the universe is tacky in my opinion. Teaching that there has been no evolution, that Genesis contains a literal cosmology, well that isn't science in any sense I understand.
2019研究生课程— EPR
本讲座的主要内容：
一、 电子顺磁共振的研究对象 二、 电子顺磁共振的基本原理 三、 电子顺磁共振波谱 四、 电子顺磁共振仪
EPR—研究对象三
一、 电子顺磁共振的研究对象
5、三重态分子
这类化合物分子轨道上也有两个未偶电子，但其与双基 不同，这两个电子彼此相距很近，有很强的相互作用。有两类：
1、激发三重态；如：萘激发三重态； 2、基态就是三重态分子如：氧分子。
6、过渡金属和稀土元素
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
过渡金属、稀土元素具有未充满的3d，4d，5d及 4f壳层，核外有一个或一个以上的未成对电子。
EPR—研究对象三
Application Fields of ESR Spectroscopy
Magnetic substance photo-translation
Transition metal ion
Metal complex
Catalyst
Glass-fiber
Teeth, Bone Shell, Coral Quartz, Aging
Degradation Polymerization
Combustion
Spin trap Active oxygen
Liquid crystal LB membrane Organomagnetic
Conducting materials
Enzyme
EPR—研究对象三
1、固体碱金属 碱金属的核外价电子：nS1
I don't know. Perhaps Raymond deserves the prize. MRI was first attempted by him but his results were pretty much useless. His original paper has been discredited by follow up research. I personally see no conflict between science and spiritualism, but putting a Christian God as the head of the universe is tacky in my opinion. Teaching that there has been no evolution, that Genesis contains a literal cosmology, well that isn't science in any sense I understand.
EPR TR 操作手册(E-500电子顺磁共振)
E-500电子顺磁共振(EPR)波谱仪------时间分辨（TR）操作手册------中国科学院化学研究所顺磁实验室2004一．开机前准备1. 先更换合适的谐振腔；2.检查所有的连接线；3.将样品(管)放置在谐振腔的中心位置上。
4．连接激光系统：预热、选择波长。
二. 开机1．开启稳压电源(380V, 220V)；2．开冷却水阀门（水压高于0.2MPa）和热交换器电源；3．开计算机(1) 自检后输入：Login: xuserPassword: user@xeprGo ↙(2) 单击Xepr图标，进入Linux窗口4．开主机电源5．开磁铁电源,注意：Ext，Temp, RS, Req四个指示灯先亮后灭6．计算机与主机相连Acquisition / Connect To SpectrometerServer Name E500OK ↙Acquisition /Spectrometer Confiquration 腔校准(换腔时必须做)Signal Channel/Calibration Data Set: 所选择腔的代号** DR Double Resonance Cavity: dm203** DM Double Mode Cavity: dr/apply /close二．测瞬态波谱1．在CW下调微波桥（左下图标3, ）, Microwave Bridge Tuning 请见-连续波操作-2．构建实验（左下图标1, ）3．选择瞬态测量1）瞬态桥（左下图标8，）FT Bridge（1）Bridge configuration （切换到瞬态模式）C.W. mode: Transient mode（2）Receiver UnitVideo Gain [dB]: 60 - 50Video Bandwidth [MHz]: 200 - 20（3）AFC ControlAFC mode: # AC DCPhase Autotune: Off # OnAFC Gain: ___8_____ （MS5：10）AFC Time constant: LowPhase Tuning: Off# OnPhase Tuning [%]: 100 （MS5：500）2）参数Acquisition Parameters （左下图标5，）(1)选择瞬态参数Absc.1: TransientAcquisition Mode: Start Single TraceTrigger Time Out [s]: 10Close ↙结束选择（可以在设所有参数后才结束）(2)选择微波功率Microwave1) Attenuation [dB]: > 102) Power [mW]: （可自动生成）3) Acq Fine Tuning: Never4) Close ↙（可最后结束）（3）SCANNumber of Scans: 1Auto Scaling: # On # Off Composite Scans Done: __0____ Replace Mode: # On # Off Transients Per Scan: ___0____ Transients Accumlated: __0____ Close ↙（最终结束）（4）选择磁场参数Absc.2: Field1）2）Center Field ） Center: # 点亮3）Sweep Width [G]: 200-100g=2.0000（初设置）4) Number of Points: 1024 （分辨率）Field Setting: Wait LED off Setting Delay [S]: __0______ Sweep Direction: Up Field Flyback: On5) Close ↙选择结束（可最后结束）4 选择SpecJet display5．加激光：功率5mJ-10mJ6．采集图谱（按左下最底部图标, ）,同时打开监测。
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Purcell
1955年 1966年 1981年 1989年 W.E. Lamb, P. Kusch A. Kastler N. Bloembergen N.Fቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ramsey 1964年 1977年 1983年 1991年 C.H. Townes J.H. Van Vleck H. Taube R.R. Ernst
EPR—研究对象三
Glass-fiber
Ionomer Conducting polymer Degradation Polymerization
Liquid crystal LB membrane Organomagnetic Conducting materials
Immunoassay Drug detection
C Ph2
两个碳上各有一个未偶电子，且被两个苯环隔开，相
互作用很弱，是一个典型的双基，可以用EPR研究它。
4、顺磁性分子（含有未成对电子 的分子）
如：NO，NO2，O2等分子，本身就具有未
成对电子，是顺磁性的。
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
分子轨道理论可以解释。如：O2分子：
2O [(1S)2 (2S)2 (2P)4] O2 [KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(πy2p)2(πz2p)2(πy*2p)1(πz*2p)1]
EPR—研究对象三
再如：蒽分子它本身是逆磁性分子
An + K (真空无水条件)
An- + K+ (用四氢呋喃作溶剂)
An + H2SO4 (98%)
An+
EPR—研究对象三
其它相关的自由基化学：
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
酒类：啤酒主要性能指标之一，lag time Beer-Flavor Stability
A、快速冷冻法
如：低温检测（液氮、液氦温度） B、 自旋捕获法（Spin Trapping） 用捕获剂与自由基加合，生成长寿命稳定的自由基， 然后对其进行研究。 C、 连续流动法
使用连续流动样品池，如：CIDEP的研究大多用此法。
EPR—研究对象三
EPR的优点与缺点：
优点：1、EPR是观察自由基等顺磁性物质的一种
that have unpaired electrons.
It is also often
called ESR, Electron Spin Resonance, ESR.
2004研究生课程— EPR
因磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖科学家
1944年 I.S. Rabi 1952年 F. Bloch, E.M.
V23（4S23d3） V5+（3d 0）无EPR信号 V4+（3d 1）有EPR信号 Mn25（4S23d5） Mn5+ （3d 0）无EPR信号 Mn2+ （3d 5）有EPR信号
EPR—研究对象三
过渡金属和稀土元素的EPR谱线特点： 谱线复杂且谱线大多很宽，理论处理也较困难。 原因： 1、离子并非以自由形式存在，处在由配位体组成的 晶场中；
EPR—研究对象三
PBN-OH加合物的ESR谱线：
EPR—研究对象三
化妆品：如SOD，抗氧剂（防晒油等）； 烟草：清除烟草烟气自由基—有害成分；
如何提香、降害？—烟草制品的改进方向。
3、双基或多基
这类化合物含有两个或两个以上未成对电
子，且它们相距甚远，相互作用也很弱。
EPR—研究对象三
例如： Ph2C
Raymond snubbed by Nobel Committee because he is beloved by God? Godless science shits on a saint.
I don't know. Perhaps Raymond deserves the prize. MRI was first attempted by him but his results were pretty much useless. His original paper has been discredited by follow up research. I personally see no conflict between science and spiritualism, but putting a Christian God as the head of the universe is tacky in my opinion. Teaching that there has been no evolution, that Genesis contains a literal cosmology, well that isn't science in any sense I understand.
Now the controversy is Was
I'll let God decide whether Raymond gets his Nobel or not…..
2004研究生课程— EPR
本讲座的主要内容：
一、 电子顺磁共振的研究对象 二、 电子顺磁共振的基本原理
三、 电子顺磁共振波谱 四、 电子顺磁共振仪
2、电子处在离子的d壳层中，它们的自旋运动和轨运
动间有很强的“自旋—轨道偶合作用”。
EPR—研究对象三
7、半导体中的空穴或电子
也可用EPR来作定量研究。
8、晶格缺陷
如：V心、F心。
9、其它
EPR在剂量学、年代学上的运用：
C14（几万年）、热释光（几十万年）、EPR（上百万年）。
EPR—研究对象三
5、三重态分子
这类化合物分子轨道上也有两个未偶电子，但其与双基 不同，这两个电子彼此相距很近，有很强的相互作用。有两类： 1、激发三重态；如：萘激发三重态；
2、基态就是三重态分子如：氧分子。
6、过渡金属和稀土元素
EPR—研究对象三
EPR—研究对象三
过渡金属、稀土元素具有未充满的3d，4d，5d及 4f壳层，核外有一个或一个以上的未成对电子。
科学出版社 ，1987
4、陈贤镕，电子自旋共振实验技术，科学出版社 ，
1986
5、石津和彦 等，实用电子自旋共振简明教程（生命
科学专业适用），南开大学出版社，1992
6、张建中等，磁共振教程，中国科大出版社 ，1996
电子顺磁共振（EPR）
历史：
2004研究生课程— EPR
1945年，前苏联物理学家，柴伏依斯基/或称扎伏伊
EPR—研究对象三
一、 电子顺磁共振的研究对象
Application Fields of ESR Spectroscopy
Magnetic substance photo-translation Transition metal ion Catalyst Metal complex Teeth, Bone Shell, Coral Quartz, Aging Radiation defects Coal, Oil Erosion Spin label Fluidity SOD activity Aging, Cancer Co-enzyme Vitamin C, E, K Combustion Spin trap Active oxygen Enzyme
2002年
K. Wü thrich
2003年
P.C. Lauterbur,
S. P. Mansfield （到今年为止）
Nobody loves Raymond (Damadian)
The Nobel Prize in Medicine did NOT go to Raymond Damadian, and he is mad as hell. Mad enough to take out advertisements in the NY Times and the Washington Post. ……. (the way it is still done today). Raymond wasn't detoured he thinks outside the box. So he did some experimentation gathered up a set of data and published a nice bit of original work. He still didn't have a machine that we would call a modern MRI. The data his machine produced was not a pretty picture, nor could his results and conclusions be verified. But he did publish that paper. It got others thinking and involved with MRI. Other people who actually produced practical working MRI devices. Our boy Ray couldn't get his machine to work very well, for years he couldn't. He did however get a patent. With that patent he spent years chasing GE Medical Systems through the courts. He and his lawyers got over $100 million dollars from them in the end. His company eventually did produce an MRI device that could be sold on the market. My title is misleading there is a group of individuals who love Raymond. It is the Creation Science community.