实用电子磁共振波谱学
波谱能谱-电子顺磁共振概论-2020-3
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：环形器、波导、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(klystron)或耿氏(Gunn)二级管振 荡器；产生微波频率稳定、噪声低。
EPR—共振波谱仪
不管是矩形腔还是圆柱腔，都需要满足样品所处位置 的电场分布最弱，而磁场分布最强。 因此室温下，需要特别注意EPR管中水溶液的厚度。
水溶液厚度 L: ~几cm？ X: <1 mm W: <0.1mm
矩形腔
flat cell
圆柱腔
EPR—共振波谱仪
微波共振：Resonance means that the cavity stores the
微波的产生、放大、发射、接收、传输、控制和测 量等一系列技术都不同于其他波段。
EPR—共振波谱仪
“微波”也称超高频，通常是指波
长为1m到1mm范围内的电磁波，
对 应 的 频 率 范 围 为 300MHz 到
300GHz，它介于普通无线电波与
红外线之间，在使用中为了方便
将它分为分米波，厘米波和毫米
波。如10cm波段 (S波段)，5cm波
microwave energy; therefore, at the resonance frequency of the cavity, no microwaves will be reflected back, but will remain inside the cavity.
Cavities are characterized by their Q or quality factor, which indicates how efficiently the cavity stores microwave energy. As Q increases, the sensitivity of the spectrometer increases.
磁共振波谱技术(讲+全)
继发神经元功能异常、代谢异常、星形细 胞水肿、脑内锰异常沉积、脑水肿、神经 元脱失致脑萎缩
肝性脑病的临床诊断
认知功能改变 脑电图节律减慢 大脑神经生化/神经介质动态平衡失常
血氨水平异常 脑脊液的Glx、氨浓度异常
MRS较成熟的技术
应用于中枢神经系统及前列腺疾病
需要特殊的线圈及软件
31P在肌肉中及中枢神经系统的应用
其他核的波谱技术尚在临床研究阶段
13C、23Na
MRS可以看到什么？
MRS基本概念
不同化学结构中 的氢原子，其进 动频率不同 这种由于所处的 分子结构不同所 致的同一原子核 进动频率出现差 异的现象称之为 化学位移现象
左侧海马硬化
女 15岁，发作抽搐2年
痴呆的研究
男 72岁， 记忆力障碍8年， 阿尔茨海默病
精神疾患的研究
国外研究较多
精神分裂症 情感障碍（抑郁，焦虑 多动症等
形态学多正常，期望MRS提供有用的代谢物 质改变信息
总结
MRS可提供补充的信息 在某些疾病评价上增强诊断信心 更好的理解疾病的病生理状态 可以进行定量半定量的分析
磁共振波谱技术
张文博
MRS
MRS可以检出具有生理及病生理意义的代谢 物
在体、直接、无创
采集原理:与MRI相同，遵循Larmor定律
MRI：信号的变化随时间变化的函数 MRS：信号的振幅随频率分布的函数
原理
Larmor equation
第八章 电子顺磁共振波谱 (EPR)
2021/10/10
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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。
2021/10/10
现代分析测试技术
2021/10/10
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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)
Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy
2021/10/10
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现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
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
E = g H = h
一般在微波区（9.5-35千兆） 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
2021/10/10
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现代分析测试技术—电子顺磁共振波谱
波谱特性
1. g因子
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：
必然会产生自旋-轨道偶合(相互 作用)，使未考虑此作用时的能 级发生能级分裂(对应于内量子
数j的取值j＝l+1/2和j＝l-1/2
形成双层能级)，从而导致光电 子谱峰分裂；此称为自旋-轨道 分裂。
图所示Ag的光电子谱峰图除3S 峰外，其余各峰均发生自旋-轨 道分裂，表现为双峰结构(如 3P1/2与3P3/2)。
核磁共振波谱法(NMR)
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
射频 40 MHz 磁场强度 0.9400 特斯拉
60
1.4092
100
2.3500
200
4.7000
300
7.1000
500
11.7500
核磁共振仪
分类： 按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--， 800 MHz（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分： 连续波NMR谱仪（CW-NMR） 脉冲傅立叶变换NMR谱仪（FT-NMR）
奇数 奇数或偶数 1/ 2
自旋球体
有
1H, 13C, 15N, 19F, 31P
奇数 奇数或偶数 3/2, 5/2,--- 自旋惰球体
有
11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I
偶数 奇数
1, 2, 3, --- 自旋惰球体
有
2H, 10B, 14N
1. I=0 的原子核O（16）；C（12）；S（32）等 ，无自旋， 无磁性，称为非磁性核，这类核不会发生核磁共振。不产生 共振吸收。
CD3COCD3 CDCl3 CD2Cl2 CD3CN C6D6 D2O (CD3CD2)2O (CD3)2O (CD3)2NCDO CD3SOCD3 CD3CD2OD CD3OD C4D8O C6D5CD3 C5D5N C6H12
核磁共振波谱主要参数
用于结构分析的主要参数有化学位移， 自旋偶合常数，信号强度（峰面积）。
电子顺磁共振波谱
δH = δE/g β = (ћ/g β) ·1/δt
自旋—晶格作用越强，δt越小， 则δH 越大，即谱线越宽。
对过度金属离子而言，其自旋—轨道偶合作用一般 很强，t很短（小），从而导致谱线线宽很宽。 因此，要尽可能减少自旋—晶格作用，如：使用降 温方法。
b、久期增宽 (Secular broadening) (自旋—自旋，S—S相互作用)
理论上，n → n0，达动态热平衡时间为无穷大， 而 实 际 上 ， 我 们 定 义 ： 电 子 数 从 n 到 (1-1/e)n0= 0.63 n0 的时间为自旋-晶格驰豫时间。
4、g因子
EPR共振条件： h = geβH0 仅仅适合自由电 子。对于实际体系，分子中的分子磁矩除了电子
自旋磁矩外，同时还要考虑轨道磁矩的贡献。
2、如果谱线的线形相同，而线宽不同，则其相对 强度I与谱线峰—峰幅度Y和线宽∆Hpp的关系如下：
I ∝Y(∆Hpp)2
样品中含未成对电子的量是用自旋浓度表示， 即单位质量或单位体积中未成对电子的数目(自 旋数)，如自旋数/克，自旋数/毫升。
3、驰豫 (Relaxation)
驰豫 — 磁共振的能量转移过程 （由不平衡恢复到平衡的过程）。
而实际上，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？
原因是：由于超精细相互作用的结果。
（hyperfine interactions）
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
用称为超精细相互作用（或超精细耦合hfc）。 由超精细相互作用可以产生许多谱线，就称为超
材料物理实验方法-电子顺磁共振-2013-3
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、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”; 2、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
—— 半导体中的空穴或电子
可用EPR来作定量研究。
EPR—研究对象
丙二酸
EPR—研究对象
EPR—研究对象
再如：萘分子它本身是逆磁性分子
A + K (真空无水条件) A + H2SO4 (98%)
A- + K +
(用dimethoxyethane作溶剂)
A+
EPR—研究对象
EPR—研究对象
二萘嵌苯阳离子 Perylene cation radical 共125条线
TEMPO
EPR—研究对象
Black line: Zn+ Red line:
O2
Green line: intermediate state
EPR—研究对象
② ① ①
②
EPR—研究对象
“Surface Facet of Palladium Nanocrystals: A Key Parameter to the Activation of Molecular Oxygen for Organic Catalysis and Cancer Treatment”
EPR—共振波谱
对过度金属离子而言，其自旋—轨道偶合作用一般
很强，t很短（小），从而导致谱线线宽很宽。 因此，要尽可能减少自旋—晶格作用，如：使用降
温方法。
EPR—共振波谱
b、久期增宽 (Secular broadening)
磁共振波谱(mr spectroscopymrs)
磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前唯一能无创伤地探测活体组织化学特性的方法。
在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，而MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很高，故能提供信息以早期检测病变。
磁共振波谱mRS）研究人体细胞代谢的病理生理改变，而常规MRI则是研究人体器官组织大体形态的病理生理改变，但二者的物理学基础都是核共振现象。
一、MRS的原理磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。
核所受的磁场主要由外在主磁场（B。
）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。
电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。
这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。
因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。
MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。
生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- ATP、β-ATP、γ—ATP的含量和细胞内的PH值。
二、MRS的临床应用1．正常人的脑MRSMR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化瓦解过程改变。
NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。
正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。
磁共振波谱学的名词解释
磁共振波谱学的名词解释磁共振波谱学是一门运用核磁共振技术进行物质分析的学科。
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种基于原子核核磁矩与外加磁场相互作用的物理现象，从而产生特定频率的幅度及相位变化。
磁共振波谱学则是通过测量和分析这种频率变化，来获取有关物质组成和结构特征的信息。
在磁共振波谱学中，一个关键的概念是共振。
共振是指原子核在特定的磁场中，受到一系列不同频率的射频辐射而发生能级跃迁，从而吸收或发射特定频率的电磁辐射。
这些频率信息可以通过经典物理中的共振条件来解释：当磁场的大小等于某个特定频率所需的能级跃迁能量差时，共振发生。
这一现象被用于磁共振波谱学中，通过测量共振频率来获取关于样品的结构和性质的信息。
在磁共振波谱学中，最常用的技术是核磁共振波谱（NMR spectroscopy）。
核磁共振波谱可用于分析各种化合物，包括有机化合物、生物分子和无机物质等。
这是因为核磁共振技术可以提供高分辨率和高灵敏度的信号，从而可以准确测量样品中不同核的共振频率，并将其与已知的标准物质进行比较，以确定分子的结构和化学环境。
除了核磁共振波谱，还存在其他类型的磁共振波谱学技术，如电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance，简称EPR）和电子自旋共振（Electron Spin Resonance，简称ESR）。
这些技术在物质分析和材料研究领域也扮演着重要角色。
电子顺磁共振适用于研究具有未成对电子的化学物质，如自由基和过渡金属离子。
而电子自旋共振主要关注电子自旋与外加磁场的相互作用，从而提供电子自旋状况及分子电子结构的信息。
在磁共振波谱学中，通过对固体样品、液体样品或气态样品中的原子核或电子进行测量和分析，可以获得许多有用的信息。
例如，核磁共振波谱可用于鉴定化学物质的成分，确定它们的结构和构象、测定相对数量和浓度，甚至研究物质的动力学性质。
电子自旋共振波谱(1)
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
1－4 升降算符
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
第1节 电子的角动量
1－5 轨道角动量在p、d 轨道上的矩阵表象
电子自旋共振波谱(1)
第1节 电子的角动量
8－3 线宽
第8节 ESR谱线信号的强度、线宽与驰豫
tEh E h／2T1
电子自旋共振波谱(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2023/12/28
电子自旋共振波谱(1)
电子自旋共振波谱(1)
2023/12/28
电子自旋共振波谱(1)
1－1 角动量的数学形式
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
1－2 角动量概念的推广
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
1－3 角动量矩阵
第1节 电子的角动量
电子自旋共振波谱(1)
电子自旋共振波谱(1)
第4节 自由原子（离子）Lande’因子的推导
电子自旋共振波谱(1)
第5节 微扰理论
电子自旋共振波谱(1)
6－1 ESR波谱学的地位和研究背景
第6节 ESR基本原理
电子自旋共振波谱(1)
6－2 ESR技术的研究对象
第6节 ESR基本原理
1) 具有奇数个电子的原子，如H原子; 2) 内电子壳层未被充满的原子，如过渡金属元素的离子; 3) 具有奇数个电子的分子，如NO ; 4) 某些不含奇数个电子，但其总角动量不为零的分子，
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)
第二章电子自旋共振波谱ppt课件
– 物质的顺磁性是由分子的永久磁矩引起的。
高分子科学系周平
2
一、基本原理
• 1、电子自旋共振的产生
• 电子自旋共振（ESR）或电子磁共振（EMR）与 核磁共振（NMR）在量子力学原理上有许多相似 之处，都是由于粒子在静态磁场中角动量能级发 生分裂，从而造成低能态与高能态粒子的布居数 不同，之后，在另外一个电磁波的共振激发下吸 收能量，使布居数达到平均，因此而产生共振信 号。
• 3、应用举例 • 高分子材料的ESR谱
• ESR能够有效检测聚合物聚集态的 分子运动和微观结构。
• 将一种含稳定自由基的探针化合物 TOMPOL在聚氨酯(PU)及其与不同 含量的苄基淀粉(BS)反应时加入，由 此形成的材料PUL以及半互穿网络聚 合物UBS20L和UBS50L的ESR在低 温时呈宽谱，说明TOMPOL运动缓慢， 而随温度升高，峰型变窄，说明分子 运动加快。峰宽值Azz随温度变化曲 线如图所示，峰宽变化50%的温度分 别为67, 62和55C，与玻璃化转变温 度对应。说明随BS的加入，降低了 PU网络的交联密度，PU分子上的
hυ＝gβH
则处于低能级的电子吸收此微波而发生受 激跃迁，并产生电子自旋共振波谱。
高分子科学系周平
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一、基本原理
• 1、电子自旋共振的产生
高分子科学系周平
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一、基本原理
• 1、电子自旋共振的产生
• 由于电子质量比核质量小得多(< 103倍)，根据测不准原理，运 动速度越快的粒子，吸收线形越宽。因此，ESR 吸收信号的 线宽较 NMR 信号宽得多 (> 103倍！)，一般ESR谱用磁场调 制系统使输出线型呈一次微分图，并用相敏检测，以提高分辨 率，滤除噪音信号。
核磁共振波谱学习课件(共88张PPT)可修改文字
= [(样 - TMS)/ TMS ] ×106
二、影响化学位移的因素
1．电负性--去屏蔽效应
与质子相连元素的电负性越 强，吸电子作用越强，价电子偏 离质子，屏蔽作用减弱，信号峰 在低场出现。
电负性对化学位移的影响
H 3 C B H 3 r C 2 C B H C 3 r (C 2 H ) 2 B H C r 3 (C 2 H ) 3 B H
备的超导线圈；在低温4K，处于超导状 态；磁场强度>100 T
开始时，大电流一次性励磁后，闭合 线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变； 温度升高，“失超”；重新励磁。 超导核磁共振波谱仪：
200～400MHz；600～800MHz。
（2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。 (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 m ＝－1/2。 谱图解析与结构确定步骤 （1）偶合常数（ J 值）相等 通常两组相互偶合的峰都是相应“内侧”峰偏高，而“外侧”峰偏低，在偶合信号的强峰上画一对相应的斜线，形成屋顶形状。 两种进动取向不同的氢核之间的能级差： 恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生的感应电流信号，经过傅里叶变换获得一般核磁共振谱图。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。 磁各向异性是指质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽作用不同的现象。 为什么1H比6H的化学位移大？ （2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈； 方向相同，核所感受到的实际磁场 B有效 大于外磁场。 傅里叶变换核磁共振波谱仪需要纯试样品 1 mg 。
波谱学讲义核磁部分2
环型烯烃 3J值视键角而定
H
H
3JH-H=5-7Hz
H
H
3JH-H=2.5-4.0Hz
乙烯型的J值(CH2=CH2) 3J顺=11.6Hz
3J反=19.1Hz
3. 远程耦合常数
跨越四根键及更远的耦合称为远程耦合
饱和体系
J值随耦合跨越的键数下降很快 只有折线型的有小的J值，一般小于2Hz
H
H
4JH-H<2Hz
着重要作用。当该比值大时（至少大于6），核磁谱图 较简单；当该比值小时，谱图复杂。
两个核组之间的耦合关系对谱图的复杂程度是重要的。 如果它们之间只有一个耦合常数，则谱图较简单；如 果不只一个耦合常数，则谱图较复杂。
由于上述原因，核磁谱图分为一级谱和二级谱
一级谱图可用n+1规律来分析（或用其近似分析； 对于I≠1/2的原子核则应采用更普遍的2nI+1规律分 析）。二级谱则不能用n+1规律分析。产生一级谱 的条件为：
当/J>6时称为一级
当/J<6时称为高级
相同δ值的几个核对任一另外的核有相同 的耦合常数。（磁等价）
一级谱具有下列特点：
峰的数目可用n+1规律描述。需要注意 的是，n+1规律是对应一个固定的J而言 的。（若所讨论的核组相邻n个氢，但与 其中n1个氢有耦合常数J1，与其余的n2个 氢有耦合常数J2(n1+n2=n)，则所讨论的 核组具有（n1+1）(n2+1)个峰，其余类 推。）
X
H
Y
H
H
Jo=6~10Hz Jm=1~3Hz Jp=0~1Hz
4. 1H与其它核的耦合
CH CH CH 19 F cb a
核磁共振波谱学 原理、应用和实验方法导论
核磁共振波谱学（NMR）是一种重要的分析方法，广泛应用于化学、生物学、医学等领域。
本文将介绍核磁共振波谱学的原理、应用和实验方法，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
一、核磁共振波谱学的原理核磁共振波谱学是利用核磁共振现象来研究物质的结构和性质的一种分析方法。
当物质处于外加磁场中时，具有核自旋的原子会发生共振现象，其核磁矩会发生能级的分裂。
这种能级分裂的性质与原子核周围的化学环境密切相关，因此可以通过核磁共振波谱来确定物质的结构和形态。
核磁共振波谱的基本原理是根据核自旋的角动量和磁矩之间的关系，利用外加磁场对核自旋进行激发，从而得到核磁共振信号。
通过测量核磁共振信号的频率和强度，可以获得物质的结构、成分、形态等信息。
二、核磁共振波谱学的应用核磁共振波谱学在化学、生物学、医学等领域都有着广泛的应用。
在化学领域，核磁共振波谱学可以用来确定化合物的结构和纯度，研究化学反应的动力学过程，分析物质的成分和性质等。
在生物学领域，核磁共振波谱学可以用来研究蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的结构和功能，探索生物分子与药物相互作用的机制等。
在医学领域，核磁共振波谱学可以用来诊断疾病，研究药物代谢、分布和排泄的过程，评价药物的药效和毒性等。
三、核磁共振波谱学的实验方法进行核磁共振波谱学实验需要一台核磁共振仪和样品。
核磁共振仪的结构包括主磁场、射频发生器、探头、检测系统等部分，通过这些部分的配合，可以观察到核磁共振信号。
样品需具有核自旋，例如氢、碳、氟等元素，且需溶解在特定的溶剂中，并放入核磁共振仪的探头中。
进行核磁共振波谱实验时，首先需要调节核磁共振仪的参数，包括主磁场强度、射频场的频率和幅度等。
然后将样品放入核磁共振仪中，通过射频场对样品核自旋进行激发，观察核磁共振信号的产生。
根据核磁共振信号的频率和强度，可以得到样品的核磁共振波谱图。
在进行核磁共振波谱实验时，需要注意保持仪器的稳定性和准确性，避免外界干扰对实验结果的影响。
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２１世纪科学版化学专著系列实用电子磁共振波谱学———基本原理和实际应用徐元植 编著北 京内 容 简 介本书主要论述电子磁共振波谱学的基本原理和实际应用。
在论述基本原理的同时着重引导读者学会如何“解谱”。
除在书中穿插一些应用实例外，还专门用５章的篇幅介绍了电子磁共振在相关领域中的应用、过渡金属离子及其配合物的电子磁共振波谱、固体催化剂及其催化体系中的电子磁共振波谱、电子磁共振在医学和生物学中的应用、便携式电子磁共振谱仪及其开发应用等与应用密切相关的内容。
本书适合非物理专业出身的电子磁共振波谱领域的科研工作者阅读，也可作为高等院校相关专业的研究生教材。
图书在版编目（CIP）数据 实用电子磁共振波谱学：基本原理和实际应用／徐元植编著．—北京：科学出版社，２００８ ＩＳＢＮ９７８唱７唱０３唱０２０２１１唱６ Ⅰ畅实… Ⅱ畅徐… Ⅲ畅电磁场－磁共振谱法 Ⅳ畅Ｏ４４１畅４Ｏ６５７畅２ 中国版本图书馆ＣＩＰ数据核字（２００７）第１６６３０１号责任编辑：周巧龙 吴伶伶 王国华／责任校对：张 琪责任印制：钱玉芬／封面设计：王 浩 出版北京东黄城根北街１６号邮政编码：１００７１７ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ畅ｓｃｉｅｎｃｅｐ畅ｃｏｍ印刷科学出版社发行 各地新华书店经销倡２００８年１月第 一 版 开本：Ｂ５（７２０×１０００）２００８年１月第一次印刷印张：３４１／２印数：１—２５００ 字数：６３３０００定价：98畅00元（如有印装质量问题，我社负责调换枙环伟枛）21st Century SP摧s Series in ChemistryAPPLIEDELECTRON MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPYElementary Principle&Practical ApplicationsXU YuanzhiScience PressBeijing作者简介徐元植 教授，１９３３年生于温州市。
１９５１年考入北京大学化学工程系，１９５２年因院系调整转入清华大学石油工程系（１９５３年独立成为北京石油学院），１９５５年毕业分配到中国科学院大连化学物理研究所（原中国科学院石油研究所）工作。
１９６０年开始从事电子磁共振波谱学研究。
１９８０年应卢嘉锡教授之邀调至中国科学院福建物质结构研究所工作。
１９８４年调至浙江大学化学系任副教授、教授、博士生导师。
１９９３年起任浙江大学物理化学研究所学术委员会主任。
１９８７年起任中国物理学会波谱学专业委员会委员、枟波谱学杂志枠编委、浙江省化学会理事。
１９８７年与日本北海道大学相马纯吉教授共同发起并在杭州举办了第一届“中日双边电子磁共振学术研讨会”，担任中方主席。
１９８８年在杭州主持召开了第一届全国电子磁共振学术研讨会。
１９８９年率团赴日本京都参加第二届“中日双边电子磁共振学术研讨会”。
１９９０～１９９４年担任“Applied Magnetic Resonance”杂志的编委；１９９４年至今担任该杂志国际学术顾问。
被选为“国际胶体及界面科学中的磁共振学术研讨会”第六、七、九届国际学术顾问委员会委员。
１９９９年作为主席在杭州成功地举办了第二届“亚洲及太平洋地区电子磁共振学术研讨会”。
曾多次访问欧洲、美国、日本、韩国、俄罗斯等２０多个国家以及中国香港、台湾地区的５０多所著名大学、研究机构和企业，进行电子磁共振波谱学的技术合作和学术交流。
裘祖文教授序这是一本好书。
全书包括１８章和７个附录，体现以下四个特点：第一个特点是：理论完备，封闭自洽。
它介绍了所有ＥＭＲ的理论知识，如经典力学和量子力学的描述、偶极相互作用、Ｆｅｒｍｉ接触互作用、Ｌａｎｄé因子、g 和A张量、S＝１的三重态分子和多量子跃迁以及弛豫和线宽理论等。
理论是拉动科技进步的火车头。
２０世纪物理学为什么会成为领先的学科？是因为出现了相对论和量子力学。
它们的出现引发了科技领域的大革命。
经过了一系列的精炼过程，所有现代的学科都不可避免地必须用到它，磁共振就是一例。
如果不懂量子力学，就不能领悟波谱学的全部内容和真谛。
一本好书的作用就在于它能在最短的时间内汲取前人的知识结晶。
它起着胸有全貌、事半功倍的作用。
有了它打底，就能很快阅读相关的文献（杂志和书籍）。
这些文献浩如烟海，但有了一本好书就能使你从中挑选出精品，“多快好省地走捷径”。
这就是所谓“师傅领进门，修行靠自身”的含义。
所以好书能起着向导作用，然而无论怎么好的书，都不可避免地受到历史的局限。
因此，单从某一本书获得知识总是不够的，更多的知识应该是来自博览群书。
此书的每一章末都列出参考文献和进一步的读物，而且在全书的最后还有七个附录，分别介绍了数学准备、量子力学的角动量理论、量子力学的定态微扰理论等。
这就构成了全书的封闭性和自洽性。
读者从该书就可以得到必要的基础知识，这对非物理专业的学者更是必需的。
另外，需要对理论大师的作用稍作补充：他们的作用是不可估量的，Ｄｉｒａｃ在学会Ｅｉｎｓｔｅｉｎ的“狭义相对论”后，结合量子力学创造出“相对论量子力学”。
甚至他的一个符号，也成为现代文献的通用符号。
１９５９年，Ｆｅｙｍａｎｎ在ＣＡＬＴＥＣ做了两个多小时的演讲，题目是“在物质底部还有很多研究空间”，并预言：一个庞大的图书馆可以小如一块方糖。
从而开始了“纳米技术的研究”。
这两个例子说明大师的内涵是很丰富的。
他们对新的理论和实验成果是很敏感的。
他们善于从实验中抽象出理论，检验它是否符合客观真实，再做出正确的判断和修改。
裘祖文先生是吉林大学教授，唐敖庆院士的得意门生，我国ＥＭＲ领域中的泰斗，也是我的良师挚友。
他于１９８０年编著出版过枟电子自旋共振波谱枠一书，该书堪称国内ＥＭＲ之精品。
１９８８年初应美国Ｈｏｕｓ唱ｔｏｎ大学Ｌ．Ｋｅｖａｎ教授之邀，赴美讲学。
不料，脑动脉血管瘤破裂，在美国做了开颅大手术，术后右手右脚致残。
２００４年５月，心脏又安装了两个支架。
但思维仍然十分清晰，生活很有规律，每天用左手练习写字。
该序就是他花了４个早晨用左手写成的，实在令我感动不已。
———编著者注ii 实用电子磁共振波谱学———基本原理和实际应用第二个特点是：紧跟前沿。
“工欲善其事，必先利其器”。
ＥＭＲ的发展比ＮＭＲ慢的原因之一就是它的频率在微波频段，其发射系统的技术要求比较高。
现在ＥＭＲ的灵敏度和分辨率已比过去有了大幅度的提高，然而ＣＷ唱ＥＭＲ仪器本身所能提供的信息仍然很有限，于是近２０多年来又发展出多种双共振，如ＥＮＤＯＲ、ＥＬＤＯＲ、ＯＤＭＲ、ＦＤＭＲ等。
ＥＭＲ和ＮＭＲ是一对姊妹花，核磁有什么，不久顺磁就会有什么。
如核磁有了成像（ＮＭＩ），顺磁后来也有了成像（ＥＭＩ）；核磁有了ＣＩＤＮＰ，顺磁很快就有了ＣＩＤＥＰ；核磁有了Ｆｏｕｒｉｅｒ变换，顺磁现在也有了Ｆｏｕｒｉｅｒ变换；核磁有了脉冲的射频场Ｐｕｌｓｅ唱ＮＭＲ，现在顺磁也有了Ｐｕｌｓｅ唱ＥＭＲ。
这些在本书的第１１～１４章中都作了简要的介绍。
该书的第１８章还专门介绍了便携式的ＥＭＲ谱仪及其应用。
这是２０世纪８０年代末发展起来的简易专用型谱仪，是ＥＭＲ走出象牙塔，走向工厂、医院、矿山、野外（地质）等具有标志性意义的一步。
第三个特点是：深入浅出，明白易懂。
徐元植教授从青年时代起，几十年来就一直努力从事ＥＭＲ的科研和教学工作。
他本着认真严谨的治学态度和孜孜不倦的钻研精神，把ＥＭＲ的基本理论与他丰富的教学和科研实践经验结合起来，融会贯通。
在此基础上编著而成的专著，肯定是ＥＭＲ专著中的精品。
该书必将成为后学者必读的主要课本和参考书，甚至还会走向国外（已有多位国际知名的ＥＭＲ专家表示愿为该书写序）。
编著者在前言中就声明：“本书的读者对象主要是非物理专业出身的、以应用为主的研究生和科研工作者。
”因为学习ＥＭＲ的基本原理，对于没有足够的数理底蕴、非物理学专业出身的读者来说，确实有很大困难。
而该书的编著者也是非物理学专业出身的，他从对ＥＭＲ完全陌生，变成国内外知名度很高的ＥＭＲ专家，定必有其困苦的经历和成功的喜悦。
他深知非物理学专业出身的读者在学习ＥＭＲ时可能遇到的困难，加上他２０多年的教学经验写成的这本书定必有很强的可读性，确实达到了“深入浅出，明白易懂”的境地。
我的恩师唐敖庆院士曾教导我们：“教育十分重要，要认真备课。
教学的目的，就是要使听讲者或学生每堂课都有收获，而教室并不是展示教师博学的场所。
”我读过专为电子学和其他专业工程师写的“复变函数”、“运算微积分”、“Ｆｏｕｒｉｅｒ级数”的书。
在美国，我还见到过用问答方式写的“物理化学”。
这些书都很浅近易懂，又很严谨全面。
它们便于自学，因而受到读者们的极大欢迎。
该书便是这样的一本好书。
第四个特点是：突出应用。
应用是理论与实践相结合的具体表现。
ＥＭＲ比ＮＭＲ发展慢的另一个重要原因就是：ＥＭＲ的实际应用在广度和深度上都不如ＮＭＲ。
该书除了在第１５章对“固体催化剂及其催化体系中的电子磁共振波谱”、在第１６章对“电子磁共振在医学和生物学中的应用”等做了专题介绍之外，还在第１７章对“电子磁共振在相关领域中的应用”做了全面综合的简单介绍。
最裘祖文教授序 iii后，第１８章对“便携式专用型ＥＭＲ谱仪的开发与应用”做了介绍。
目的就在于唤起所有有可能应用ＥＭＲ的相关领域的专家学者，共同促进ＥＭＲ在相关领域中的应用并向纵深发展。
而这些相关领域的专家学者多半对ＥＭＲ的理论和技术颇感陌生，应用起来总是感到不能得心应手。
该书就为他们提供了极好的帮助。
只有熟练掌握ＥＭＲ的基本原理和谱仪技术，再与自己所从事的专业知识结合起来，才能在应用领域中有所突破。
一旦在某个领域中的应用取得突破，就会产生巨大的经济效益和（或）社会效益。
从以上四个特点，就不难掂量出这本书的份量。
它的出版是编著者对我国ＥＭＲ领域的重要贡献。
相信它必将推动ＥＭＲ的研究，特别是应用研究的蓬勃发展。
裘祖文２００５年１２月于吉林大学Preface of H畅M畅SwartzＴｈｅｆｉｅｌｄｏｆＥＭＲ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎ１９４４ｂｙＺａｖｏｉｓｋｙ，ｈａｓｃｏｎｔｉｎｕｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐｏｖｅｒｔｈｅｙｅａｒｓａｔａｒａｐｉｄｒａｔｅ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｌａｓｔ１０～１５ｙｅａｒｓ，ｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｈａｓｏｃｃｕｒｒｅｄａｔａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒａｔｅａｓｎｅｗｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌａｎｄｃｏｎｃｅｐｔｕａｌａｐｐｒｏａｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｎｏｗｉｓｂｒｅａｋｉｎｇｉｍｐｏｒｔａｎｔｎｅｗｇｒｏｕｎｄｉｎｆｉｅｌｄｓｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍｂａｓｉｃｐｈｙｓｉｃｓｔｏｃｌｉｎｉｃａｌｍｅｄｉｃｉｎｅ．ＩｔｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｓｖｅｒｙａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｎｄｄｅｓｉｒａｂｌｅｔｏｈａｖｅｔｈｉｓｎｅｗｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｂｏｏｋｏｎＥＭＲａｖａｉｌａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｕｓｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅａｎｄｇｒｏｗｉｎｇｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｏｄｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ．Ｔｈｉｓｂｏｏｋｃｏｖｅｒｓｔｈｅｆｉｅｌｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙａｃｒｏｓｓａｌｌａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｏｒｙ，ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓｂｒｅａｄｔｈｏｆｃｏｖｅｒａｇｅｓｈｏｕｌｄｅｎａｂｌｅａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｒｅａｄｅｒｓｔｏｌｅａｒｎｏｒｅｘｔｅｎｄｔｈｅｉｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｉｃｏｎｇｒａｔｕｌａｔｅｔｈｅａｕｔｈｏｒ，ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＹｕａｎｚｈｉＸｕｗｈｏｈａｓｕｓｅｄｈｉｓｅｘｔｅｎｓｉｖｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｋｎｏｗｌｅｄｇｅｔｏｗｒｉｔｅｔｈｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｏｏｋ．ＩａｌｓｏａｍｇｒａｔｅｆｕｌｆｏｒｈａｖｉｎｇａｎｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙｔｏｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｏｔｈｅｂｏｏｋｗｉｔｈｍｙｃｏｌｌｅａｇｕｅｓｆｒｏｍＤａｒｔｍｏｕｔｈ，ｗｉｔｈａｃｈａｐｔｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＥＭＲｔｏｂｉｏｌｏｇｙａｎｄｍｅｄｉｃｉｎｅ．ＨａｒｏｌｄＭ畅Ｓｗａｒｔｚ，Ｐｈ畅Ｄ畅Ｔｈｅ１ｓｔＰｒｅｓｉｄｅｎｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥＰＲ／ＥＳＲＳｏｃｉｅｔｙ（１９９１～１９９４）ＰｒｏｆｅｓｓｏｒｏｆＲａｄｉｏｌｏｇｙａｎｄＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙＤｉｒｅｃｔｏｒＥＰＲＣｅｎｔｅｒｆｏｒＶｉａｂｌｅＳｙｓｔｅｍｓＤａｒｔｍｏｕｔｈＭｅｄｉｃａｌＳｃｈｏｏｌＤｅｃｅｍｂｅｒ２００５ｉｎＤａｒｔｍｏｕｔｈ斯沃茨（Ｈ畅Ｍ畅Ｓｗａｒｔｚ）教授是国际电子磁共振学会的第一任主席，美国Ｄａｒｔｍｏｕｔｈ医学院活体电子磁共振研究中心主任，放射医学和生理学教授，是美国电子磁共振在医学和生物学应用研究领域的泰斗，他欣然为本书的第１６章执笔。