電子順磁共振EPR (ESR)

電子順磁共振波譜儀（EPR）是研究電子磁矩在外磁場中的電子塞曼分裂及與電磁場相互作用引起的能級間的共振躍遷。

NMR是研究核磁矩在外磁場中的核塞曼分裂及與電磁場相互作用引起的能級間的共振躍遷。

檢測項(xiàng)目：

測試固體：空穴捕獲；

自由基測試：羥基自由基，超氧自由基等。

溫度：常溫，低溫

制樣要求：

塊體樣品：20*20mm；粉末樣品：10mg以上；液體樣品：0.5ml以上。

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由于電子磁矩遠(yuǎn)大于核磁矩，所以電子順磁EPR(ESR)的靈敏度比H NMR的靈敏度高，電子順磁EPR (ESR)檢出所需自由基的絕對濃度約在10-8 mol/L數(shù)量級。例如，用質(zhì)子磁矩與電子磁矩進(jìn)行比較：

靈敏度與磁矩的三次方成正比，所以電子順磁EPR(ESR)的靈敏度比1H NMR的靈敏度大8個(gè)數(shù)量級與NMR類似，在分子中的未成對電子的共振頻率與自由電子有所差異。但是表示方法不同。對于NMR，通常用化學(xué)位移δ來表示，而對于EPR (ESR)，用g因子來表示。電子順磁EPR (ESR)實(shí)驗(yàn)一般是固定電磁場頻率掃描外靜磁場。當(dāng)達(dá)到共振條件時(shí)，外靜磁場不同，一般可以直接用磁場強(qiáng)度來表示電子順磁EPR (ESR)結(jié)果。但是對于不同的儀器，必須用相對值表示。g值就可以表示這種相對值。

在研究NMR時(shí)核磁矩與核磁矩之間存在自旋偶合，并用偶合常數(shù)J來表示相互作用的大小。類似地，在電子順磁EPR中，電子磁矩與核磁矩之間也存在自旋偶合，并用超精細(xì)偶合常數(shù)α表示相互作用的大小，如圖20-7所示。例如，氫原子的EPR譜中，電子磁矩被1H核分裂為兩重峰。裂距就是精細(xì)偶合常數(shù)α。

對于具有兩個(gè)或兩個(gè)以上未成對電子的多重態(tài)自由基或順磁離子，由于兩個(gè)電子磁矩之間存在相互作用，在無外磁場(零場）時(shí)能級也發(fā)生分裂，稱為零場分裂。下面以具有兩個(gè)未成對電子的三重態(tài)為例進(jìn)行說明。

電子順磁共振波譜儀應(yīng)用于無機(jī)化學(xué)

過渡金屬離子的氧化態(tài)及配位的ESR研究過渡金屬配位環(huán)境不同則g值會發(fā)生變化。用ESR作為表征過渡金屬離子的氧化態(tài)及周圍配位情況是簡單易行且可靠的方法。

電子順磁共振波譜儀應(yīng)用于固體物理

現(xiàn)代社會的發(fā)展推動了半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展。 EPR / ESR光譜在控制半導(dǎo)體中的缺陷中起著至關(guān)重要的作用。

Mn摻雜II-IV族化合物是典型的稀磁半導(dǎo)體（DMS）材料，摻雜離子影響材料的光、電性質(zhì)。DMS的制備是通過常規(guī)半導(dǎo)體材料摻雜各種磁性或順磁性粒子而得到的，其摻雜質(zhì)量的高低直接影響材料的特性。如何判定摻雜結(jié)果與摻雜質(zhì)量，可以很方便地利用ESR來檢測和判定。

納米材料電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)的ESR研究
　　納米材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)是由其內(nèi)在因素決定的，與結(jié)構(gòu)材料電子的微環(huán)境緊密相聯(lián)。因此，可以用ESR研究各種順磁、鐵磁納米材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。對于某些具有異常的電子體系材料，可以用ESR研究材料的內(nèi)部電子鍵合及分布情況。

電子順磁共振波譜儀應(yīng)用于生命科學(xué)

　　多數(shù)生物過程包括代謝、酶反應(yīng)、光合作用、炎癥、衰老及致癌機(jī)理等都涉及到自由基，ESR技術(shù)研究自由基的產(chǎn)生、清除，以及質(zhì)和量的變化，對揭示生命科學(xué)的現(xiàn)象和本質(zhì)提供了依據(jù)。

電子順磁共振波譜儀應(yīng)用于環(huán)境化學(xué)

　　環(huán)境污染和污染清除過程中有各種自由基參加反應(yīng)，例如超氧自由基、羥基自由基     等等，ESR / EPR比NMR（核磁共振）或光學(xué)化學(xué)分析技術(shù)靈敏度更高，用于環(huán)境化學(xué)中各種反應(yīng)過程的研究。

電子順磁共振波譜儀應(yīng)用于石油化學(xué)
　　精煉過程中各組分的含量和品質(zhì)是油品生命周期的控制標(biāo)準(zhǔn)，通過EPR / ESR測量自由基來分析原油中釩、瀝青質(zhì)等物質(zhì)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的目的。

電子順磁共振波譜儀應(yīng)用于食品化學(xué)、安全和質(zhì)量
測定咖啡粉中的自由基
麥芽中游離基的測定
咖啡中的香味穩(wěn)定性
啤酒/葡萄酒、飲料質(zhì)量的測定
評估食品中抗氧化因子的方法等

有機(jī)化學(xué)自由基反應(yīng)
　　有機(jī)化學(xué)中包括大量有自由基參與的化學(xué)反應(yīng)。例如在光化學(xué)煙霧形成的化學(xué)反應(yīng)中，氯化氫的合成、汽油的燃燒、單體的自由基聚合等都有自由基的參與。在整個(gè)鏈反應(yīng)中自由基起了重要的引發(fā)、傳遞和終止過程的作用。
   　自由基反應(yīng)一般都進(jìn)行得很快，這類反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，采用ESR可以通過對自由基的檢測來研究反應(yīng)的過程和機(jī)理。

ESR測年
　　電子自旋共振是近年測定斷層活動年齡有效的測年方法。它的測試對象主要是在斷裂活動中形成的一系列石英脈，利用石英吸收的累積電子輻射量（如γ、β、α射線）及在礦物內(nèi)部形成的順磁中心濃度來計(jì)算石英脈的結(jié)晶年齡。用火山巖中的石英作樣品，ESR技術(shù)可測地球的整個(gè)歷史

地球化學(xué)
　　研究礦物中微量雜質(zhì)的分布狀態(tài)或存在形式；研究成巖成礦作用，判斷礦物和礦物組合的成因歸屬，判斷巖石所經(jīng)歷的改造作用，探討某些礦床的物質(zhì)來源；研究不同地質(zhì)作用中微量離子的分布規(guī)律；有機(jī)地化和石油地質(zhì)的研究，例如煤的演化程度的研究。

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6、安心等待

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