FDESRII型电子顺磁共振仪说明书(修订)..doc

仪器使用说明 TEACHERS GUIDEBOOK FD-ESR-II 电子顺磁共振仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司 Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd. FD-ESR-II 电子顺磁共振仪 一、概述 电子顺磁共振谱仪（又名电子自旋共振）是电子自旋磁矩在磁场中的运动与外部高频电磁场相互作用下对电磁波共振吸收的原理而设计的。因为电子本身运动受物质微观结构的影响所以电子自旋共振成为观察物质结构及运动状态的一种手段。因为电子顺磁共振具有极高的灵敏度、测量时对样品无破坏作用，所以电子顺磁共振谱仪广泛应用于物理、化学、生物、医学和生命领域。 二、基本原理 具有未成对电子的物质置于静磁场中,由于电子自旋磁矩与外部磁场相互作用导致电子的基态发生塞曼能级分裂:（为波尔磁矩，g为无量纲参数），当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于时，满足共振条件，此时未成对电子由下能级跃迁至上能级。 1．Bloch方程: 图1 Bloch理论是将电子近似为自转陀螺，原子核的能级跃迁理解为陀螺在外作用力的进动和章动,如图1。 以下是Bloch方程的推导： 原子核具有磁矩 (1) 称为回旋比是一个参数 表示自旋的角动量 原子核在磁场中受到力矩 (2) 并且产生附加能量 (3) 根据力学原理和得 (4) 考虑到驰豫的作用其分量式改为 (5) 其稳态解为： （6） 如图(2) 图（2） 三、工作原理介绍 系统的基本构成: 如图3由微波传输部件把X波段体效应二极管信号源的微波功率馈给谐振腔内的样品，样品处于恒定磁场中，磁铁由50Hz交流电对磁场提供扫描，当满足共振条件时输出共振信号，信号由示波器直接检测。以下介绍各个微波部件的原理、性能及使用方法。 1．谐振腔： 谐振腔由矩形波导组成，A为谐振腔耦合膜片，B为可变短路调节器也为短路膜片。如图（4） 图　4 下面我们讨论，谐振腔的工作原理。 图　5 设A膜片反射系数为T，透射为r，当处于无损状态时：；B反射系数为1，样品及传输的损耗为。输入幅度为I，经过膜片反射后初次反射为-IT，因为反射相位与入射相反，所以为 采用负号；经过A 膜片透射强度Ir，经过一次反射后达到A膜片这时电磁场为Ir，经A膜片部分反射部分透射，反射为，透射为同理得出多次反射后反射强度为： （1） 透射为： （2） 真实反射等于初反射和多次透射的叠加如图（5）。得： （3） （4） 当谐振时：得： 反射强度为： （5） 因为共振信号表现为的变化，所以我们将（ ）式对求导得： （6） 增益 （7） 对T求最大值得 （8） 增益最大值 （9） 此时反射强度 （10） Q为品质因素（）。可以得出膜孔最佳耦合时增益最高，反射为0。谐振腔的品质因素决定增益的大小。 2．微波源： 微波源由体效应管、变容二极管、频率调节组成,，微波源供电电压为12V,其发射频率为9.37GHz; 3．隔离器： 图　7 具有单向传输功能。 1输入，2输出 基本无衰减 2输入，1输出 有极大的衰减 4．环形器 环形器具有定向传输功能。 图　8 1输入，2输出无衰减，3输出衰减30db 2输入，3输出无衰减，1输