材料方法-第6章-顺磁共振-2010.pptVIP

* * 第6章 电子顺磁共振 （Electron Paramagnetic Resonance，EPR； Electron Spin Resonance，ESR) 一、电子顺磁共振基本原理 根据保里原理: 每个分子轨道上不能存在两个自旋态相同的电子，因而各个轨道上已成对的电子自旋运动产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中呈现顺磁性。 物质的顺磁性是由分子的永久磁矩引起的 电子自旋产生自旋磁矩 μs=ge? ?是玻尔磁子 ge是无量纲因子，称为g因子 自由电子的g因子为ge=2.0023 单个电子磁矩在磁场方向分量μ=1/2ge? 外磁场H 的作用下，只能有两个可能的能量状态: 即 E=±1/2gβH 电子自旋能级与磁场强度的函数关系 H0为共振时的外磁场 磁矩?与外磁场H的相互作用 ?( ? E?=1/2gβH E?=?1/2gβH 如果在垂直于H的方向上施加频率为hυ的 电磁波，当满足下面条件 hυ＝gβH 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 --------顺磁共振现象 能量差△E＝gβH 这种现象称为塞曼分裂(Zeeman splitting) 受激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处理可得到EPR吸收谱线，EPR波谱仪记录的吸收信号一般是一次微分线型，或称一次微分谱线。 ESR用于有机自由基的研究在紫外光的照射下，含有少量H2O2的甲醇溶液发生光分解反应的ESR谱如下： 上图表明，在该光分解反应中，有·CH2OH自由基产生，CH2的两个等价质子使未配对电子裂分为三条谱线（相对强度为1:2:1, 裂距为17.4 Gs）；OH中的一个质子又使每一条谱线裂分为两条谱线（相对强度为1:1, 裂距为1.15 Gs）。ESR谱证明了·CH2OH自由基的存在，该自由基产生的机理： H2O2 ?2·OH， CH3OH + ·OH ? ·CH2OH + H2O 电子顺磁共振的研究对象自由基和顺磁性金属离子（大多数过渡金属离子和稀土离子）及其化合物 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 (a) 二苯苦基肼基（DPPH） （b）三苯甲基 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化合物，但它们的未成对电子相距较远，相互作用较弱。