ESR光谱学的原理和应用

电子顺磁共振谱ESR

谱图解析方法
直接解析法
数据库比对法
通过观察谱线的位置、形状和强度，结合已知的物质性质和结构信息，直接解析出被测物质的磁性参数和结构特征。
将实验谱图与已知的ESR谱图数据库进行比对，通过相似度匹配来确定被测物质的类型和结构。
计算机模拟法
利用计算机模拟ESR谱图，通过比较模拟结果与实验谱图，可以更准确地解析出被测物质的磁性参数和结构特征。
应用领域拓展
随着ESR技术的不断发展，其应用领域也在不断拓展，从最初的自由基研究逐渐拓展到生物医学、环境科学、能源科学等多个领域。
ESR技术面临的挑战
样品制备难度大
由于ESR对样品的纯度和均匀度要求较高，因此样品制备难度较大，需要较高的实验技巧和经验。
谱图解析难度高
由于ESR谱图较为复杂，不同组分的信号容易相互干扰，因此谱图解析难度较高，需要较高的专业知识和技术水平。
电子顺磁共振谱（ESR
目录
CONTENTS
• 电子顺磁共振谱（ESR）概述 • ESR实验技术 • ESR谱图解析 • ESR在科学研究中的应用 • ESR技术展望与挑战
01 电子顺磁共振谱（ESR）概述
CHAPTER
ESR定义与原理
定义
电子顺磁共振谱（ESR）是一种研究物质中未成对电子的共振谱技术，通过测量物质在磁场中的电子磁矩变化来获取物质内部结构和电子状态信息。
选择合适的微波频率，以避免信号损失和干扰，提高分辨率。
功率与时间
调整微波功率和曝光时间，以获得最佳的信号强度和信噪比。
实验数据处理与分析
数据预处理
对采集到的数据进行滤波、去噪等处理，以提高信噪比。
参数拟合

ESR简介

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
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
Electron
S (½)
Nucleus
I (½) Hyperfine Coupling
MS=±½
Ms +½
DE1
MI +½
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。
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。
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
g值和A值得标定
g因子和A值是EPR谱图中两个最重要的信息，通过测试g因子和A值我们可以判断出单电子的类型，可能得结构信息，然后通过计算及模拟得出准确的结构。下面是g值和A值的标注。

电子自旋共振(ESR)

Aliyoshi
直到 1975 年，Ikeya （中文译为：池谷元伺）
在Nature上发表了对日
本 Aliyoshi 洞（秋芳洞）次生碳酸盐进行的 ESR 测年结果，这是 ESR 测年的首次应用成功范例，也是首次被用于地球科学。
随后，这种方法才逐步地应用于地质学、地貌学以及考古学等各个领域中不同材料的年代测定。在80年代取得了迅速的发展。
ESE测年基本原理 ——以石英为例
为什么ESR能适用于前面提到的各种材料？
四种不同的“零化”过程：
ESE测年基本原理 ——以石英为例
（1）附加剂量法
采用60Co γ 放射源，对处理好的样品进行不同附加剂量的辐照（不用晒退）。用 ESR 谱仪测量未辐照和辐照后的样品，然后以辐照剂量为横坐标，以 ESR 信号强度为纵坐标作图，获得剂量响应曲线。
空穴的形成：类质同象体中离子的置换或晶体生长、相变和形变过程中由于外界压力、温度及介质成分等外界因素的影响形成的氧空穴( 空位) 等点缺陷或位错缺陷。
杂质的出现：石英中主要是由于Al3+或Li+、Na+、K+等代替Si4+进入晶格引起的。。因为Si4+ 的离子半径不大 ( 0. 042 nm) 并且离子化合价较高, 目前为止只发现了Al3+ ( 0. 051 nm) 、Ga3+ ( 0. 062 nm) 、Fe3+ ( 0. 064 nm ) 、Ge4+ ( 0. 053 nm ) 、Ti4+( 0. 064 nm) 和P5+ ( 0. 035 nm) 等离子与 Si4+ 离子发生类质同象替换。其中有些是异价类质同象, 为了保持晶格中电价平衡, 其它的离子如H+ , Li+ , Na+ , K+ , Cu+ 和Ag + 同时进入到石英晶格间成为间隙离子

电子自旋共振测年法（ESR）简述

电子自旋共振测年法（ESR）简述电子自旋共振测年法(ESR)简述电子自旋共振（Electron Spin Resonance，简称ESR），又叫电子顺磁共振（Electron Paramagnetie Resonance，简EPR）。

它是一种微波吸收光谱技术，用来检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质，是近三十年来用于限定断裂形成与活动的一种物理测年手段。

我国ESR 测年工作开始于1984年, 目前有10多个科研小组或实验室开展这方面的测试及研究工作。

实践结果表明，使用ＥＳＲ方法获得的构造年龄对印支运动以来的构造活动具有较高可信度。

ＥＳＲ方法的测试对象主要是形成在断裂中、代表一定构造活动期次的石英脉，主要利用石英吸收的累积电子辐射量（如γ、β和α射线）及在矿物内部形成的顺磁中心浓度来计算石英脉的结晶年龄。

一、ESR测年及其主要特点：ESR是一种物理现象，它是电子自旋能级在外磁场的作用下发生塞曼分裂，同时在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的共振现象。

1976 年Zeller等人首次将该技术用于地质样品的断代，1975年池谷元伺（Ikeya）用它来测定Akiyoshi洞穴中堆积物的年龄。

在中国，已用ESR法测定了金牛山、郧县、南京汤山、巫山、泥河湾等古人类与旧时期地点的年代，金牛山人的测年结果表明中国的早期智人时代并不比非洲和西亚的早期智人晚，有力?地支持了现代人类进化的多地区连续假说。

ESR对样品的要求不十分严格。

测试时将样品放在谐振腔内。

电子自旋共振波谱仪包括四个部分：微波源系统、谐振腔系统、检测系统和磁铁系统。

操作时，将各个系统调谐匹配，由?速调管产生的微波沿波导分别通过隔离器、衰减器，经油墨下传到样品上，经谐振腔将速调管产生的微波功率放大。

接着经检波器的微波能量转换，再由直接放大器放大输送到示波器或驱动x-y记录仪，画ESR 信号强度对磁场强度的一次微分曲线。

磁铁系统主要是保持谐振腔的区域绝对均匀和稳定。

光谱学的基本原理与应用

光谱学的基本原理与应用光谱学是物理学、化学和生物学中常用的研究手段，它可以用来研究分子、原子、分子团以及它们之间的交互作用。

光谱学研究的对象有很多种，如电磁波谱，核磁共振谱，拉曼光谱，荧光光谱，红外线光谱等等。

不同的光谱学方法适用于不同的研究对象。

光谱学的原理：光谱受实物或分子产生的能量或分子之间交互作用的影响。

基本原理是利用物质分子对电磁波的吸收，发射或散射来表征分子的结构和动态行为。

当光线穿过吸收性物质时，颜色和强度都会发生变化。

光谱学的研究过程就是记录这些变化的过程。

根据光谱的特征，可以了解样品的结构，环境中的物质、温度、密度等一些性质。

具体来说，光谱学可以通过测量物质对不同波长的电磁辐射的响应（吸收、发射或散射）来确定样品的起始物质。

应用：光谱学在科学研究，生物医学，环境监测等领域得到广泛的应用。

在生物医学领域，光谱技术是诊断癌症和其他疾病的有力工具之一。

利用荧光光谱和Raman光谱可以检测细胞和细胞组分，如DNA，蛋白质等。

此外，IR光谱能够检测蛋白质，脂质，多糖等，经常被用于药物研究。

在环境科学中，光谱学可以用于监测大气污染，地质物质成分，油品质量等。

在石油化工中，光谱技术被用来监测原油和天然气的质量，成分和处理过程。

此外，光谱学也被用于研究环境中的毒性物质，如重金属，化学品等，并能够监测环境中有毒物质的浓度。

在材料科学中，光谱学可用于研究材料的成分和结构，如纳米颗粒的形态，厚度和晶格常数。

利用XRD，Raman和荧光光谱可以研究材料的分子成分。

结论：光谱学是一种非常有价值的分析工具，可以用于高质量科学研究和应用，例如生物医学，环境科学，材料科学等领域。

该领域中的方法越来越多，也越来越普及。

在未来，随着技术的不断发展，光谱学将会有更广泛的应用并发挥重要作用。

现代材料检测第十一章NMR和ESR

核磁共振的发展历史及应用
1946 年前后，哈佛大学的E. M. Purcell和斯坦福大学F. Bloch分别观察到石腊和水中质子的核磁共振吸收信号。两人因此共获1952 年诺贝尔物理奖。
1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪。
1966年：高分辨核磁共振谱仪出现。
1970年代，R.R.Ernst创立脉冲傅里叶变换核磁共振（FTNMR）和发展了二维核磁共振(2D－NMR) 。
位移为零，然后根据其它吸收峰与零点的相对距离来确
定它们的化学位移值。
低场
高场
9 8 7 6 6 5 4 3 2 1 零 -1 -2 -3 点
TMS
ห้องสมุดไป่ตู้
常用的标准物质：四甲基硅(TMS)： H3C
CH3
Si
CH3
CH3
2,2-二甲基-2-硅戊烷-5-磺酸钠(DSS)：
H3C
CH3
H2 H2
Si
C C CH2SO3Na
磁性核的共振频率不仅取决于核的磁旋比和外部磁场强度，而且受到核周围的分子环境的影响，从而使不同种类的氢原子所吸收的频率有所不同，如图所示。
产生差别的原因：被测原子核周围的化学环境不同，化学环境是由于氢核外围电子云对核的屏蔽作用引起的。
原子核
电子环流 H0
感生磁场
电子屏蔽效应化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。在1H核磁共振谱中，每一种化学环境不同的质子都可观察到不同的信号，而表示不同质子的信号差别的物理量称为化学位移。
H0 高场
因此，H核磁共振的条件是：
电 (1i )H0 / 2
1、化学位移表示方法
不同环境中的质子的共振频率的差异很小，约为百万分之十。在测定共振频率时，常常要求几个赫兹的准确度，目前还不能精确测定。因此化学位移只能采用相对数值表示。

电子自旋共振波谱仪ESR解读

顺磁共振、光磁共振、铁磁共振。如果磁共振是由物
质原子中的电子自旋磁矩引起的，则称电子自旋共振
（ESR）,也称为电子顺磁共振(EPR) 。
一、背景介绍－－历史

1924泡利（Wolfgang Pauli ）在研究光谱的精细结构时提出电子具有自旋磁矩的设想。
Wolfgang Pauli (1900-1958) 诺贝尔物理学奖 (1945年)
实验样品
本实验采用的样品为DPPH（二苯基苦酸基联氨），它的第二个氮原子上存在一个未成对的电子，我们观察到的共振信号就是源于这类电子。
O2N
N
N
.
NO2
O2N
DPPH分子结构图
四、实验仪器
扫描线圈电磁铁
5
3 2
1
4
6
FD-ESR-II电子顺磁共振仪构成图
继续
1、微波源：
变容二极管
体效应管
5、阻抗调配器
吸收曲线色散曲线
它的主要作用是改变微波系统的负载状态。在本实验中主要作用是观察吸收、色散信号。
6、谐振腔：
A
谐振腔耦合膜片
B 可变短路调节器
样品
通过调节可变短路调节器的位置，使微波在谐振腔内形成驻波，得到最强的电子顺磁共振信号。
电子顺磁共振仪
直流调节扫描调节 on 电源直流输出扫描输出扫频开关 off 信号
4、晶体检波器
Q9输出头
调节螺丝
短路活塞检波二极管
测量时要反复调节波导终端的短路活塞的位置以及输入前端三个螺钉的穿伸度，使检波电流达到最大值，以获得较高的测量灵敏度。
检波晶体管结构图
金属
金属丝半导体瓷壳金属

红外光谱(I R)(Infrared Spectroscopy)

红外光谱（I R）（Infrared Spectroscopy）第一节：概述1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。

红外光的能量（△E=0.05-1.0ev）较紫外光（△E=1-20ev）低，当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。

2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。

红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。

红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。

3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm ~ 1000mm.红外光按其波长的不同又划分为三个区段。

（1）近红外：波长在0.76-2.5mm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25mm（在4000-400 cm-1）通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15mm，即 4000-660 cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。

（3）远红外：波长在25~1000mm（在400-10 cm-1）转动光谱出现在远红外区。

4、红外光谱图：当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。

5、红外光谱表示方法：（1）红外光谱图红外光谱图以透光率T％为纵坐标，表示吸收强度，以波长l ( mm)或波数 s (cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。

波数是频率的一种表示方法（表示每厘米长的光波中波的数目）。

通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息，其中以吸收峰的位置最为重要。

（2）将吸收峰以文字形式表示：如下图可表示为，3525cm-1（m)，3097cm-1(m)，1637cm-1(s)。

光谱分析的原理及应用

光谱分析的原理及应用1. 引言光谱分析是一种用于分析物质的化学或物理性质的技术。

通过对物质与电磁辐射相互作用时产生的光谱信号进行测量和分析，可以获取有关物质的结构、组成和特性等信息。

本文将介绍光谱分析的基本原理以及其在不同领域的应用。

2. 光谱分析的基本原理2.1 光谱的定义•光谱是指将光按照其不同的波长范围进行分解和分析的过程。

•光谱可以包括可见光、紫外线、红外线等不同波长范围的电磁辐射。

2.2 光与物质的相互作用•当光与物质相互作用时，光的能量会被物质吸收、散射、透射或发射。

•不同物质对光的相互作用方式不同，这决定了它们产生的光谱特征。

2.3 光谱的测量•光谱的测量通常通过光谱仪进行。

•光谱仪可以将进入它的光按波长进行分解，并将不同波长的光信号转化为电信号进行测量和记录。

2.4 光谱的分析•光谱分析可以通过比较、计算和解释不同波长处的光强度来获取物质的信息。

•光谱分析方法包括吸收光谱、发射光谱、荧光光谱、拉曼光谱等。

3. 光谱分析的应用领域3.1 化学分析•光谱分析在化学分析中广泛应用，可以用于定性分析、定量分析以及物质结构的确定。

•常见的化学分析方法包括原子吸收光谱、紫外-可见光谱、红外光谱等。

3.2 物理学研究•光谱分析在物理学研究中也有重要应用，可以用于研究物质的能级结构、原子、分子等的行为。

•物理学中常用的光谱分析方法包括拉曼光谱、光电子能谱、反射光谱等。

3.3 生物医学•光谱分析在生物医学领域也有广泛的应用，可以用于药物分析、生物分子结构分析、生物体内代谢产物的检测等。

•生物医学领域常使用的光谱分析方法有核磁共振谱、质谱、红外光谱等。

3.4 太空探测•光谱分析在太空探测中也非常重要，可以用于探测行星、恒星以及星际空间中的物质组成和特性。

•太空探测中常用的光谱分析方法包括X射线光谱仪、红外线光谱仪等。

3.5 环境监测•光谱分析在环境监测中有着广泛的应用，可以用于大气污染、水质监测、土壤分析等方面。

SOD测试方法

SOD体外活性测定方法：化学发光法化学发光免疫测定法紫外分光光度计电子自旋共振（ESR）光谱法脉冲辐解法电泳法化学发光法（实验室法）原理：在有氧条件下，黄嘌呤氧化酶能催化黄嘌呤或次黄嘌呤生成尿酸和O2，O2可与化学发光剂鲁米诺或海莹莹光素诱导剂反应，使发光剂被激发到激发态，而它返回基态时便会向外发光即化学发光，SOD能抑制发光剂化学发光，根据其抑制程度可测得SOD活性。

测定方法：于25℃条件下，先向各管加入PH5.6的磷酸盐缓冲液0.6ml，1mmol/L的EDTA-Na2溶液0.1ml，1mmol/L黄嘌呤溶液0.1ml，5μmol/L的CLA溶液0.1ml，测试管中再加入10Μl待测样本（对照管中以10μL生理盐水替代），放入发光仪测试室，最后加入100μl黄嘌呤氧化酶应用液以启动反应，立即开启脚踏开关或自体起始开关开始测定，仪器自动记录并打印样本，及时照管发光强度值。

酶活性单位为特定试验条件下，抑制50%发光强度时的酶浓度。

该法时间响应快、灵敏度高、专一性强、分析精确、样品用量少，但需要高灵敏度的精密发光测量仪器，因此在临床推广中受到限制。

化学发光免疫测定法（实验室法）原理：把发光剂如鲁米诺及其衍生物N-氨基丁基-N-乙基鲁米诺（ABEI）加入到一个免疫反应体系中，取代放射性同位素，最终以发光强度来计算表征待测物质的量。

测定方法：测定管中含标记CuZn-SOD，1：4000稀释的免抗CuZn-SOD的抗血清和样品或标准品各100μL，特异性结合管中含标记CuZn-SOD，稀释的免抗CuZn-SOD的抗血清和稀释液各100μL，非特异结合管中则只含100μL标记CuZn-SOD，再稀释至300μL，然后各管均加入500μL分离剂，充分混合，4℃放置过夜，2000xg离心20min，弃去上清夜，用2mol/L NaOH 200μL溶解沉淀，在50℃保温3h，取出置室温平衡后，加氧化血红素液800μL，充分混匀，用原位加样器加入H2O2 200μL，起动反应，进行发光测试，根据发光峰与标准曲线比较，即可计算出SOD含量。

电子自旋共振谱(ESR)及其在高分子研究中的应用

•
ESR在高分子研究中的应用
• 研究自由基聚合反应
1）检测自由基种类（初级自由基、初级增长自由基、增长自由基等）。
2）自由基的定量（直接测量增长速率Kp和终止速率Kt）。
3）自旋捕捉技术检测高活性的 4）聚合反应过程的研究
研究自由基聚合反应最有前途的方法！
检测自由基种类
BPO引发1,3-丁二烯、2，4-己二烯、2-甲基-1,3-戊二烯和异戊二烯的自由基聚合。
谱线的强度
2. 谱线强度与自旋浓度的关系
(1)样品中所含的自旋浓度(顺磁中
心)正比与谱的强度 (2) 相对自旋浓度的测定 (3)绝对自旋浓度的测定用已知自旋浓度的标准样品标定 I 标 : I未 = R 标 : R 未单位: spins/mg
ESR谱图解析——g因子
g因子:一个与原子内部运动及磁矩有关的重要物理量，它对原子的磁性及在外磁场中的表现等有重要的影响。它等于以玻尔磁子为单位的磁矩与以普朗克常量为单位的角动量的比值，即:
ESR谱图解析——简化g的计算
• 从分子的对称性简化 (1)对称结构 • 如八面体,立方体中的离子。 CuSO4 • gxx = g yy = g zz = g 0 • 谱的特征: • 稀溶液,分子快速滚动 , 平均. • g平均 = 1/3 (gxx + g yy + g zz )
ESR谱图解析——简化g的计算
ESR研究对象
• 1、自由基：在分子中含有一个未成对电子的物质
O2N
36
NO2
1 2
N
N
.
24
24
O2N
1
4 6 4
1
6
C.
ESR研究对象
• 2、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

德国斯派克光谱

德国斯派克光谱德国斯派克光谱（SPARK Spectroscopy）是一种光谱分析技术，可以快速、准确地检测材料的成分，广泛应用于冶金、机械制造、航空航天、能源等领域。

一、简介斯派克光谱是一种电火花放电谱分析方法，使用高频高压放电产生等离子体，将样品激发产生光谱，进而进行元素分析。

斯派克光谱具有样品准备简便、检测速度快、检测成分多等特点，成为一种广泛适用于质量检测领域的普遍方法。

二、原理斯派克光谱的基本原理是通过电火花放电的方法将样品分解为精细的等离子体，然后利用等离子体发射光谱分析元素成分。

斯派克光谱仪包括气体回路、高压发生器、电极、探测器、放电脉冲控制单元、分光器等部分。

样品经过前处理后送入电极，加上高压电，产生放电，激发样品元素发光，放光信号被探测器捕获并分析。

三、应用斯派克光谱广泛应用于冶金、机械制造、航空航天、能源等领域。

1、金属材料检测斯派克光谱在金属材料的质量检测中得到广泛应用。

在铸铁件和钢铸件生产中，可以通过斯派克光谱判断合金中的碳、硅、锰、磷、铜、铬等元素含量来确定钢的质量是否符合标准要求。

同时，也可检测是否存在有害元素如铅、汞等，减少质量问题带来的风险。

2、环保领域斯派克光谱可以用于化工、污水处理、垃圾焚烧等领域的环保监测中。

它可以快速检测污染物，确定含量和类型，从而帮助环保部门了解环境污染的状况，采取相应的措施。

3、能源领域斯派克光谱的应用范围涉及到能源的各个领域，如石油化工、核工业、火电厂等领域的原材料和成品分析。

在石油化工领域，通过斯派克光谱检测可以测定各种烃类组成；在核工业领域，用于检测原子能及其废弃物的成分；在火电厂中，可用于燃煤样品的元素分析。

四、发展趋势斯派克光谱虽然在质量监测等领域应用广泛，但目前还存在一些问题，如：灵敏度有限、分辨率不够高、不能分析非金属等。

因此，未来的发展趋势是开发更先进的探测器和光谱分析技术，提高斯派克光谱的分析能力和精度。

尽管新的技术如激光等逐渐普及，但由于其高成本，斯派克光谱仍然是一种较为经济的分析方法，将继续在多个领域得到广泛应用。

光谱的原理和生活应用论文

光谱的原理和生活应用论文1. 引言光谱是对光的分析和解析的一种方法，通过研究光的波长和强度等特征，可以获取物质的信息。

在科学研究和生活应用中，光谱技术被广泛使用。

本文将介绍光谱的原理和生活应用。

2. 光谱的原理光谱的原理是基于光的波长和频率的特性。

当光通过物质时，物质会对不同波长的光起到吸收、发射或散射的作用。

通过测量光的波长和强度，可以了解物质的吸收、发射和散射特性，并进一步分析物质的组成和结构。

2.1 分光仪的原理分光仪是用于测量光谱的仪器。

它将进入仪器的光束分解成不同波长的光，然后通过光电探测器测量光的强度。

分光仪通常由三个主要部分组成：光源、光栅或棱镜以及光电探测器。

2.2 黑体辐射和光谱黑体辐射是一种理想化的辐射体，能够完全吸收并发射所有波长的光。

根据黑体辐射的特性，可以通过测量不同波长下的辐射强度，得到黑体辐射的光谱。

3. 光谱的生活应用光谱技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍几个生活应用的例子。

3.1 化学分析光谱技术在化学分析中是一种常见且重要的工具。

通过测量物质在不同波长下的吸收光谱，可以确定物质的化学成分和浓度。

例如，紫外可见光谱被广泛用于药物分析、环境监测和食品检测等领域。

3.2 红外光谱图像红外光谱图像在医学领域有重要的应用。

通过测量人体在红外光谱范围内的辐射，可以识别和诊断一些疾病。

红外光谱图像技术已经应用于肿瘤检测、糖尿病早期诊断等领域。

3.3 光谱成像光谱成像是通过同时测量不同波长和位置下的光谱信息，生成图像。

这种技术可以应用于农业、生物医学和环境监测等领域。

例如，在农业领域，光谱成像可以用于检测植物营养状况和病害等问题。

3.4 光谱分析仪光谱分析仪是一种可以快速检测物质成分的仪器。

它可以利用光谱技术分析各种物质的组成和浓度。

在食品业和制药业中，光谱分析仪被广泛用于质量控制和产品检验。

4. 结论光谱技术是一种重要的分析方法，在科学研究和生活应用中发挥着重要作用。

ESR光谱学的原理和应用

ESR光谱学的原理和应用
ESR是电子自旋共振的简称（Electron Spin Resonance）。

它是一种研究顺磁粒子的光谱学方法，被广泛地应用于材料科学、高分子科学等领域。

材料的磁性主要由电子自旋决定，ESR能用来测定样品的分子结构和顺磁粒子的浓度。

本书是在作者长期从事ESR教学工作的基础上写成的。

本书讲述了连续波的原理和脉冲ESR技术，并通过实例讲述了ESR的应用潜力。

本书第一部分，主要论述ESR的理论和技术，含第1-4章：1. ESR的原理；2. 多重共振和脉冲ESR；3. 光谱分析；4. 多重频率和高场ESR。

第二部分论述了近年来该方法在各领域中的应用实例，含第5-9章：5. ESR的应用；6. 在催化及环境科学中的应用；7. 在高分子科学中的应用；8. 自旋标记及分子动力学；9. 定量ESR的应用。

每一章都有附录及参考文献目录。

书的末尾有总目录和主题索引。

本书的第一作者A. 伦德是瑞典Linkoping大学资深教授、校委员会主席。

他的研究兴趣包括辐射效应、自由基和
化学物理等。

本书适合于物理系、化学系的大学生、研究生以及研究人员阅读。

刘克玲，退休研究员(中国科学院过程工程研究所)
Keling Liu, Retired Research Professor
(Institute of Process Engineering,CAS)。

电子顺磁共振波谱EPRESR概论

一、电子顺磁共振的基本原理
1、概述
电子自旋的磁特性
Joseph John Thomson （英国）
The Nobel Prize in Physics 1906
• In 1891, the Irish physicist, George Stoney, believed that electricity should have a fundamental unit. He called this unit the electron.
• The electron was discovered by J.J. Thomson in 1897. • The electron was the first sub-atomic particle ever found. It
was also the first fundamental particle discovered. • The concept of electron spin was discovered by S.A.
电子的磁矩主要来自自旋磁矩（> 99%）的贡献。
若轨道中所有的电子都已成对，则它们的自旋磁矩就完全抵消，导致分子无顺磁性；
若至少有一个电子未成对，其自旋就会产生自旋磁矩。
因此，EPR研究的对象必须具有未偶电子。
H =0时,每个自旋磁矩的方向是随机的,并处于同一个平均能态。
H≠0时，自旋磁矩就有规则地排列起来（平行外磁场 — 对应能级的能量较低，或反平行于外磁场—对应能级的能量较高）。
• 顺磁性 (B’>0，即B’与B0同向) • 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)

esr光谱学的原理和应用

esr光谱学的原理和应用
ESR(电子自旋共振)光谱学是一种研究自由基、亚稳态分子和金属配合物等物质的结构和性质的高分辨率光谱学技术。

它利用电子自旋-磁场相互作用产生的共振吸收信号来分析样品中的自由基和亚稳态分子结构、分子间相互作用、电子能级和金属配合物的电子结构等信息。

ESR光谱学具有非常广泛的应用领域，包括有机和无机合成化学、化学动力学、生物化学、材料科学和环境科学等。

ESR光谱学的原理是基于自由基、亚稳态分子和金属配合物等物质中非对称性电子的自旋-磁场相互作用产生的共振吸收现象。

在外加磁场的作用下，样品中非对称性电子的自旋在磁场作用下将发生朝向磁场方向或反向磁场方向的能级分裂，当电子在两个能级之间跃迁时，吸收或发射辐射能量，形成共振吸收信号。

通过测定共振信号的位置、强度和形状，可以得到样品中电子的自旋、能级、分子间相互作用和金属配合物的电子结构等信息。

ESR光谱学的应用十分广泛，包括了有机和无机合成化学、化学动力学、生物化学、材料科学和环境科学等领域。

在有机化学中，ESR 光谱学可用来研究自由基的结构和反应机理，对于有机合成和反应机理的理解有很大的帮助；在生物化学中，ESR光谱学可用来研究蛋白质、核酸和细胞膜等生物大分子的结构和功能，对于研究生物过程和生物医学研究十分重要；在材料科学中，ESR光谱学可用来研究半导体、材料表面和界面等材料的结构和性能，对于材料设计和功能材料的合成有很大的帮助。

漫反射光谱(DRS)

漫反射光谱(DRS)
一、基本原理
1、固体中金属离子的电荷跃迁。
在过渡金属离子-配位体体系中，一方是电子给予体，另一方为电子接受体。在光激发下，发生电荷转移，电子吸收某能量光子从给予体转移到接受体，在紫外区产生吸收光谱。
当过渡金属离子本身吸收光子激发发生内部d轨道内的跃迁（d-d)跃迁，引起配位场吸收带，需要能量较低，表现为在可见光区或近红外区的吸收光谱。
1. 光吸收性质的研究
TiO2光催化剂
光谱测量方法
将TiO2样品在6MPa压力下制成圆片，以标准白板作参比，在装有积分球的UV/Vis/NIR分光光度计上测得250-500 nm的漫反射谱、用365 nm处的表现吸光度(与F(R)函数值成正比) 来比较不同温度制备样品对光的吸收能力。
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光谱
另外，Si的引入也影响着Co的骨架取代，若在合成CoAPO样品时添加正硅酸乙酯TEOS，制得样品的图如图6所示，对于 549—635nm范围的吸收带，少量Si的引入(Si／A1＝0。10)，该吸收带强度增加，而大量Si的加入(Si／A1＝0。20)则吸收带强度减弱。因而，少量Si的引入将有利于Co进入磷酸铝分子筛骨架。
参比物质：要求在200 nm – 3 微米波长范围反射率为100%，常用MgO, BaSO4，MgSO4等，其反射率 R ∞定义为1（大约为0.98-0.99). MgO 机械性能不如 BaSO4, 现在多用BaSO4作标准。
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MgO的光谱
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BaSO4的光谱
reflects well in range 335 – 1320 nm
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可以有多种曲线形式表示。
横坐标：波数(cm-1)，波长（nm)
纵坐标: Log F（R∞) ， F（R∞) — 对应于吸收单位（Absorbance), 谱线的峰值为吸收带位置。％R∞ — 对应于反射率， % reflectance，样品反射强度比参比物的反射强度。 %R = (IS/IB)*100 Is 反射光强度，IB 参考样品的反射强度叫（背景）

光谱分析原理及应用前景

光谱分析原理及应用前景光谱分析是一种重要的科学技术，它利用物质与辐射的相互作用，通过测量辐射的能量分布来研究物质的组成、结构以及性质。

光谱分析方法广泛应用于化学、物理、生物等领域，并在环境保护、医学诊断、食品安全等方面发挥着重要作用。

本文将介绍光谱分析的原理、技术以及应用前景。

1. 光谱分析原理光谱分析基于物质与辐射的相互作用。

物质能够吸收、散射、透射或发射特定波长的辐射，这种相互作用会在光谱图上留下特定的能量分布曲线。

根据不同的分析目的，可以采用吸收光谱、发射光谱、荧光光谱等不同形式的光谱分析。

其中，吸收光谱是最常见的光谱分析方法之一。

物质在特定波长的辐射照射下，会吸收特定波长的光，使得光的强度降低。

通过测量吸收光的强度与波长的关系，可以确定物质的组成、浓度等信息。

发射光谱则是物质在受到激发后，发射特定波长的光。

荧光光谱则是物质吸收光能量后再重新发射的可见光谱。

2. 光谱分析技术光谱分析技术包括多种方法和仪器。

常用的光谱分析方法包括紫外可见光谱、红外光谱和拉曼光谱等。

紫外可见光谱是利用物质对紫外和可见光的吸收特性进行分析的方法。

它对于有机物、无机物和生物分析都非常有用。

红外光谱利用物质对红外辐射的吸收，反映出物质的结构和成分信息。

它被广泛应用于药物、聚合物、石油化工等领域。

拉曼光谱则利用物质发生非弹性散射的原理，分析物质的结构和成分。

它在材料科学、环境监测等领域具有重要的应用价值。

随着技术的发展，光谱分析已经可以通过纳米技术、光纤技术等对复杂样品进行快速、高灵敏度的分析。

此外，光谱成像技术和光谱探针技术也在光谱分析中得到了广泛的应用。

这些新技术的发展，使得光谱分析在实际应用中更加高效、精确。

3. 光谱分析的应用前景光谱分析在各个领域具有广阔的应用前景。

在环境保护领域，光谱分析可以用于水质分析、大气污染监测和土壤质量评估等。

通过测量物质对特定波长光的吸收或发射，可以确定水中有害物质的浓度、分布等信息，帮助监测环境质量并及时采取措施。

现代材料检测第十一章NMR和ESR

现代材料检测第十一章NMR和ESR引言：现代材料检测技术的不断发展，为材料科学的研究和应用提供了许多有效的手段。

本章将介绍两种重要的检测技术，核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）和电子顺磁共振（Electron Spin Resonance，简称ESR）。

这两种技术在材料科学领域有着广泛的应用，可以用来研究材料的结构和性能。

一、核磁共振（NMR）核磁共振是通过测量原子核在外加磁场下的共振吸收现象来分析材料的技术。

该技术基于原子核周围的电子云和原子核自旋之间的相互作用。

当外加磁场和射频场频率满足一定条件时，原子核会发生共振吸收，产生特征的共振信号。

核磁共振技术可以提供丰富的信息，包括物质的结构、组成、动力学等方面的参数。

通过不同的核磁共振谱图，可以确定材料的分子结构和晶体结构。

此外，核磁共振还可用于研究材料的物理性质，如材料中的电子和原子核的磁矩、自旋等。

二、电子顺磁共振（ESR）电子顺磁共振是一种测量物质中未成对电子的共振吸收现象的技术。

当未成对电子遵循一定的自旋规则并受到外加磁场的作用时，它们会在特定的频率下发生共振吸收。

这种技术能够提供材料中未成对电子的信息，如数量、分布、运动状态等。

电子顺磁共振技术可以用于研究材料的电子结构、磁性等性质。

它在磁性材料、催化剂和生物分子等领域中有着广泛应用。

通过测量电子顺磁共振谱，可以了解材料中的电子自旋态，进而推断材料的结构、磁性等方面的信息。

三、NMR和ESR在材料科学中的应用NMR和ESR技术在材料科学研究和应用中具有广泛的应用。

首先，它们可以用来鉴定和表征材料的结构。

通过核磁共振谱和电子顺磁共振谱，可以确定材料的分子结构、晶体结构和电子结构等重要信息。

其次，NMR和ESR技术还可用于研究材料的物理性质。

比如，通过测量物质中电子和原子核的磁矩、自旋等参数，可以了解材料的磁性、电导率等性质。

此外，NMR和ESR技术还可以用于研究材料的动力学过程。

电子自旋共振(ESR)及在催化中的应用-专题报告

TiO2在H2氛下高温煅烧，首次制备出氧空位自掺杂的带有缺陷的晶面控
制TiO2-x单晶，TiO2晶格中的Ti3+，极大地利于缺陷中心氧还原反应。
Hanqing Yu, Aiyong Zhang, et al. Nat Commun 2015, 6.
Thank you!
基本原理
S
未成对电子自旋磁矩与外磁场相互作用能
µ
N
q
E＝－µ ▪ H ＝－µHcosq ＝－µz H
S N
H
磁矩与外磁场H的相互作用
根据泡利不相容原理：只有存在未成对电子
的物质在外磁场中才会呈现顺磁性。
ESR研究的是含有未成对电子的顺磁
性物质
电子自旋磁矩
电子的磁共振
电子轨道磁矩
（贡献很小）
基本原理
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。
具有奇数电子的原子：如氢、氮、碱金属原子。
ESR的优点和缺点
优点：
1、ESR是观察自由基等顺磁性物质的一种最直接、最灵敏
的方法（与NMR比）；
2、不需对样品进行复杂的处理，直接检测而不破坏样品。
MI可取2I+1个值，即存在2I+1种核自旋状态可与电子自旋相互作用，
故使得电子自旋的一个磁能级分裂为2I+1个等距离的磁能级
基本原理
核自旋量子数I，可分为三类：

, A=Z+N
1、原子质量数A与原子序数均为偶数，I为零，ESR谱线不分裂。
如：12C、16O等，I = 0。
2、原子质量数A为偶数，原子序数为奇数，I为整数，ESR谱线分裂。