电子顺磁共振(ESR)教程ppt
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4、温度的作用
温度对信号的影响较大，主要来源于两 个方面，一个是热扰动的影响，另一个 是在高温下，信号的各向异性不明显， 同时某一些信号在高温下存活时间较短 ，无法来自百度文库测试时间里看到信号，需要放 在较低的温度下对其进行采集。
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液，粉，晶态Cu2+的信号
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固体表面超氧负离子及空穴一般都需要放置在低温77K条件下测试
3、浓度控制，浓度过大或过小都会对样品信号造成干
扰，导致精细结构看不到，因此选择适当的浓度会对
测试提供帮助。
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未除氧
除氧
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浓度的影响
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溶液运动的影响
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3、固体样品
固体样品制备过程中需要注意颗粒大小，粉末样品也 需要注意顺磁浓度，浓度太大的话会对信号造成干扰 ，固体样品如果浓度太大可以采用固体稀释方法，使 用干燥的硅胶或者碳酸钙等都能起到稀释的作用。
❖ 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。
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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。
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，采取扫
场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。
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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
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。
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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
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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。
for B = 3480 G (X-band) for B = 420 G n for B = 110 G n
n = 9.75 GHz = 1.2 GHz (L-band) 精品=课件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。
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How does EPR work? DE = gb H
DE
hn
Energy
microwave source
gbH0 = hn
H1
H0
H2
External magnetic field 精品课件
电子顺磁共振
在垂直于B0的方向上施加频率为h的电 磁波，当满足h =g 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； 波尔磁子）
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EPR/ESR
EPR is the resonant absorption of microwave radiation by paramagnetic systems in the presence of an applied magnetic field
hn = gbB
= (gb/h)B = 2.8024 x B MHz
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g值和A值的标定
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g//和A//的标示
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ESR样品的制备
ESR测试的样品可以是气体、液体、固体。 样品制备的过程对于能够得到完美精确的ESR信号至为重
要。
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气体样品的制备
在测试过程中，常见的气体样品如测试香烟中的自由 基含量，主要是将烟气吸收富集，对烟气进行测试的 方法，另有就是对一氧化氮气体的测试（一氧化氮气 体是常见的气体自由基之一）。
半导体材料表面缺陷及超氧负离子信号 某一些过渡金属的不稳定价态也常常需要放在低温下进行测试，如Ti3+，Zr3+等 都需要放在液氮中才能较好地采集到信号。
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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
❖ 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。
电子顺磁共振谱(EPR,ESR)
Electron Paramagnetic Resonance, Electron Spin Resonance
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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) B magnetic field (Gauss or mT)
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。 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。
4、温度的作用
温度对信号的影响较大，主要来源于两 个方面，一个是热扰动的影响，另一个 是在高温下，信号的各向异性不明显， 同时某一些信号在高温下存活时间较短 ，无法来自百度文库测试时间里看到信号，需要放 在较低的温度下对其进行采集。
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液，粉，晶态Cu2+的信号
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固体表面超氧负离子及空穴一般都需要放置在低温77K条件下测试
3、浓度控制，浓度过大或过小都会对样品信号造成干
扰，导致精细结构看不到，因此选择适当的浓度会对
测试提供帮助。
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未除氧
除氧
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浓度的影响
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溶液运动的影响
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3、固体样品
固体样品制备过程中需要注意颗粒大小，粉末样品也 需要注意顺磁浓度，浓度太大的话会对信号造成干扰 ，固体样品如果浓度太大可以采用固体稀释方法，使 用干燥的硅胶或者碳酸钙等都能起到稀释的作用。
❖ 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。
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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。
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，采取扫
场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。
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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
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。
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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
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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。
for B = 3480 G (X-band) for B = 420 G n for B = 110 G n
n = 9.75 GHz = 1.2 GHz (L-band) 精品=课件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。
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How does EPR work? DE = gb H
DE
hn
Energy
microwave source
gbH0 = hn
H1
H0
H2
External magnetic field 精品课件
电子顺磁共振
在垂直于B0的方向上施加频率为h的电 磁波，当满足h =g 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； 波尔磁子）
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EPR/ESR
EPR is the resonant absorption of microwave radiation by paramagnetic systems in the presence of an applied magnetic field
hn = gbB
= (gb/h)B = 2.8024 x B MHz
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g值和A值的标定
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g//和A//的标示
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ESR样品的制备
ESR测试的样品可以是气体、液体、固体。 样品制备的过程对于能够得到完美精确的ESR信号至为重
要。
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气体样品的制备
在测试过程中，常见的气体样品如测试香烟中的自由 基含量，主要是将烟气吸收富集，对烟气进行测试的 方法，另有就是对一氧化氮气体的测试（一氧化氮气 体是常见的气体自由基之一）。
半导体材料表面缺陷及超氧负离子信号 某一些过渡金属的不稳定价态也常常需要放在低温下进行测试，如Ti3+，Zr3+等 都需要放在液氮中才能较好地采集到信号。
精品课件
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
❖ 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。
电子顺磁共振谱(EPR,ESR)
Electron Paramagnetic Resonance, Electron Spin Resonance
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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) B magnetic field (Gauss or mT)
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。 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。