电子自旋共振PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扫场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。
.
8
EPR应用
有机自由基的研究：不但能证明自由基的存在，而且能 得到分子结构，化学反应机理和反应动力学方面的重要 信息。
催化剂的研究：能获得催化剂表面的性质及反应机理。
生物、医学研究：证明了细胞的代谢过程、酶反应的机 理都离不开自由基。除此之外，许多病理的过程如衰老、 癌变过程也都离不开自由基。其中很重要的原因就是氧 自由基的作用。
E = gbBSz + (a)SzIz
(hA0 (Hz) -> a (G) via g-factor)
Selection Rule DMDMS I==±01(n(.eulcelcetaror)n)
.
6
电子顺磁共振的研究对象
过渡金属离子和稀土离子：这类分子在原子轨道中出现 未 成 对 电 子 ， 如 常 见 的 过 渡 金 属 离 子 有 Ti3+(3d1) ， V3+(3d7)等。
固体中的晶格缺陷，一个或多个电子或空穴陷落在缺陷 中或其附近，形成了一个具有单电子的物质，如面心、 体心等。
.
4
EPR/ESR
EPR is the resonant absorption of microwave radiation by paramagnetic systems in the presence of an applied magnetic field
hn = gbB
n= (gb/h)B = 2.8024 x B MHz
具有奇数电子的原子，如氢、氮、碱金属原子。
.
7
EPR和NMR都属磁共 振谱，主要的区别
EPR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重 新取向所需的能量。
EPR的共振频率在微波波段，NMR共振频率在射频波段。 EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基
的绝对浓度约在10-8M的数量级。 EPR和NMR仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取
物理方面：利用EPR对半导体掺杂的研究，可指导采用
不同的掺杂技术获取不同性质的半导体。
.
9
谱的解释
强度： 理论上在吸收曲线下的积分面积 和样品中的不成对电子数成正比，强度 近似于吸收曲线的峰值高度，或者近似 于在特定条件下测到的一次导数曲线的 峰—峰幅度。
g值：自由基g值偏离很少超过±0.5%,非 有机自由基，g值可以在很大范围内变化。
.
11
超精细结构 (Hyperfine Coupling)
未成对电子之间偶合 未成对电子与磁核之间偶合
偶极-偶极偶合----各向异性 费米接触----各向同性：s轨道
.
12
Electron
S (½)
Nucleus
I (½) Hyperfine Coupling
MS=±½
Ms +½
DE1
MI +½
.
10
谱的解释
电子自旋能级分裂。
线宽度： 吸收线的宽度是电子和它的环境的相 互作用的一个量度。自旋—自旋弛豫是引起吸 收线展宽的次级过程，它包括电子与周围电子 间的偶极相互作用和电子与核之间的偶极相互 作用。
超精细分裂： 如果核具有自旋和磁矩，它和不 成对电子的轨道的相互作用将引起电子能级发 生轻微分裂。
电子顺磁共振谱(EPR,ESR)
Electron Paramagnetic Resonance, Electron Spin Resonance
更多NMR，.MRI，ESP资料，http://www.chinanm1r.cn
磁诱导电子自旋能级裂分
Ms
Ms = +½
±½
DE=hn=gbB
DBpp
Energy
B=0
Ms = -½
B>0
Magnetic Field (B)
h Planck’s constant 6.626196 x 10-27 erg.sec
n frequency (GHz or MHz)
g g-factor (approximately 2.0)
b Bohr magneton (9.2741 x 10-21 erg.Gauss-1)
-½ DE2
-½
E = gbBSz + (hA0)SzIz E = gbBSz + (a)SzIz
(hA0 (Hz) -> a (G) via g-factor)
-½
+½ Selection Rule DMS = ±1 (electron) DMI = 0 (nuclear)
.
a
B
“doublet”
❖ 双基（Biradical）或多基（Polyradical）：在一个分子 中含有两个或两个以上未成对电子的化合物，但它们的未 成对电子相距较远，相互作和较弱。
❖ 三重态分子（triplet molecule）：这种化合物的分子轨 道中含有两个未成对电子，且相距很近，彼此之间有很强 的相互作用。如氧分子，它们可以是基态或激发态。
DE1 = gbB + a/2 DE2 = gbB - a/2 DE1 – DE2 = a
13
Electron
S (½)
Hyperfine Coupling
Nucleus
I (1)
MS=±½
Ms
MI
+½
+1
+0
-1
DE1 DE2 DE3
-½
-1
+0
+1
a
B
“triplet”
E = gbBSz + (hA0)SzIz
for B = 3480 G n for B = 420 G n for B = 110 G n
= 9.75 GHz (X-band)
= 1.2 GHz (L-band)
= 300 MHz
.
5
电子顺磁共振的研究对象
❖ 自由基：分子中含有一个未成对电子的物质，如二苯苦基 肼基（DPPH），三苯甲基，都有一个未成对电子
B magnetic field (Gauss or mT)
.
2wenku.baidu.com
How does EPR work? DE = gb H
DE
hn
Energy
microwave source
gbH0 = hn
H1
H0
H2
External magnetic field
.
3
电子顺磁共振
在垂直于B0的方向上施加频率为hn的电 磁波，当满足hn =g b B0 时，处于两能级 间的电子发生受激跃迁，导致部分处于 低能级中的电子吸收电磁波的能量跃迁 到高能级中，这就是顺磁共振现象。受 激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处 理可得到EPR吸谱线。 （g 因子， g e =2.0023； b波尔磁子）
.
8
EPR应用
有机自由基的研究：不但能证明自由基的存在，而且能 得到分子结构，化学反应机理和反应动力学方面的重要 信息。
催化剂的研究：能获得催化剂表面的性质及反应机理。
生物、医学研究：证明了细胞的代谢过程、酶反应的机 理都离不开自由基。除此之外，许多病理的过程如衰老、 癌变过程也都离不开自由基。其中很重要的原因就是氧 自由基的作用。
E = gbBSz + (a)SzIz
(hA0 (Hz) -> a (G) via g-factor)
Selection Rule DMDMS I==±01(n(.eulcelcetaror)n)
.
6
电子顺磁共振的研究对象
过渡金属离子和稀土离子：这类分子在原子轨道中出现 未 成 对 电 子 ， 如 常 见 的 过 渡 金 属 离 子 有 Ti3+(3d1) ， V3+(3d7)等。
固体中的晶格缺陷，一个或多个电子或空穴陷落在缺陷 中或其附近，形成了一个具有单电子的物质，如面心、 体心等。
.
4
EPR/ESR
EPR is the resonant absorption of microwave radiation by paramagnetic systems in the presence of an applied magnetic field
hn = gbB
n= (gb/h)B = 2.8024 x B MHz
具有奇数电子的原子，如氢、氮、碱金属原子。
.
7
EPR和NMR都属磁共 振谱，主要的区别
EPR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重 新取向所需的能量。
EPR的共振频率在微波波段，NMR共振频率在射频波段。 EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基
的绝对浓度约在10-8M的数量级。 EPR和NMR仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取
物理方面：利用EPR对半导体掺杂的研究，可指导采用
不同的掺杂技术获取不同性质的半导体。
.
9
谱的解释
强度： 理论上在吸收曲线下的积分面积 和样品中的不成对电子数成正比，强度 近似于吸收曲线的峰值高度，或者近似 于在特定条件下测到的一次导数曲线的 峰—峰幅度。
g值：自由基g值偏离很少超过±0.5%,非 有机自由基，g值可以在很大范围内变化。
.
11
超精细结构 (Hyperfine Coupling)
未成对电子之间偶合 未成对电子与磁核之间偶合
偶极-偶极偶合----各向异性 费米接触----各向同性：s轨道
.
12
Electron
S (½)
Nucleus
I (½) Hyperfine Coupling
MS=±½
Ms +½
DE1
MI +½
.
10
谱的解释
电子自旋能级分裂。
线宽度： 吸收线的宽度是电子和它的环境的相 互作用的一个量度。自旋—自旋弛豫是引起吸 收线展宽的次级过程，它包括电子与周围电子 间的偶极相互作用和电子与核之间的偶极相互 作用。
超精细分裂： 如果核具有自旋和磁矩，它和不 成对电子的轨道的相互作用将引起电子能级发 生轻微分裂。
电子顺磁共振谱(EPR,ESR)
Electron Paramagnetic Resonance, Electron Spin Resonance
更多NMR，.MRI，ESP资料，http://www.chinanm1r.cn
磁诱导电子自旋能级裂分
Ms
Ms = +½
±½
DE=hn=gbB
DBpp
Energy
B=0
Ms = -½
B>0
Magnetic Field (B)
h Planck’s constant 6.626196 x 10-27 erg.sec
n frequency (GHz or MHz)
g g-factor (approximately 2.0)
b Bohr magneton (9.2741 x 10-21 erg.Gauss-1)
-½ DE2
-½
E = gbBSz + (hA0)SzIz E = gbBSz + (a)SzIz
(hA0 (Hz) -> a (G) via g-factor)
-½
+½ Selection Rule DMS = ±1 (electron) DMI = 0 (nuclear)
.
a
B
“doublet”
❖ 双基（Biradical）或多基（Polyradical）：在一个分子 中含有两个或两个以上未成对电子的化合物，但它们的未 成对电子相距较远，相互作和较弱。
❖ 三重态分子（triplet molecule）：这种化合物的分子轨 道中含有两个未成对电子，且相距很近，彼此之间有很强 的相互作用。如氧分子，它们可以是基态或激发态。
DE1 = gbB + a/2 DE2 = gbB - a/2 DE1 – DE2 = a
13
Electron
S (½)
Hyperfine Coupling
Nucleus
I (1)
MS=±½
Ms
MI
+½
+1
+0
-1
DE1 DE2 DE3
-½
-1
+0
+1
a
B
“triplet”
E = gbBSz + (hA0)SzIz
for B = 3480 G n for B = 420 G n for B = 110 G n
= 9.75 GHz (X-band)
= 1.2 GHz (L-band)
= 300 MHz
.
5
电子顺磁共振的研究对象
❖ 自由基：分子中含有一个未成对电子的物质，如二苯苦基 肼基（DPPH），三苯甲基，都有一个未成对电子
B magnetic field (Gauss or mT)
.
2wenku.baidu.com
How does EPR work? DE = gb H
DE
hn
Energy
microwave source
gbH0 = hn
H1
H0
H2
External magnetic field
.
3
电子顺磁共振
在垂直于B0的方向上施加频率为hn的电 磁波，当满足hn =g b B0 时，处于两能级 间的电子发生受激跃迁，导致部分处于 低能级中的电子吸收电磁波的能量跃迁 到高能级中，这就是顺磁共振现象。受 激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处 理可得到EPR吸谱线。 （g 因子， g e =2.0023； b波尔磁子）