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電子順磁共振波譜儀
閱讀�15345時間�2011-07-11 09:33:23

  電子順磁共振破譜儀也叫電子自旋共振光譜儀,當電子暴露于外部的磁場�,利用電子的自旋,能夠檢測各種狀�(tài)和細胞內的化合物中原子的類型。廣泛應用于化學、物理、材�、環(huán)�、生命科學和�(yī)學領��

結構

  電子順磁共振波譜儀主要有微波系�(tǒng)、磁鐵系�(tǒng)、信號處理系�(tǒng)以及顯示和記錄等部件組成。儀器的主要結構框圖如下圖所示:

電子順磁共振波譜儀主要結構框圖

原理

  物質組成的基本單位是分子,分子是由原子構�,原子是由原子核和電子組�。在多數(shù)情況下,電子在分子(或原子)軌道中是配對�,由于它們處于同一軌道�,且自旋方向相反,所�,這類化合物是逆磁性物�。但�,有許多化合物的分子軌道或原子軌道中存在著未配對的電�。這類含未成對電子的物質就是EPR研究的對��

  含有未成對電子的物質,在沒有外磁場作用時,這些未成對電子的取向是隨機的,它們處于相同的能量狀�(tài);當它們受到外磁場作用時,�(fā)生能級分裂,稱為齊曼(Zee—man)分�,能級分裂的大小與磁場強度成正比。此�,如果在垂直于磁場B的方向上施加頻率為v的電磁波,當磁場強度和電磁波頻率滿足下式�

  hv=gβB �1�

  則樣品中處于上下兩能級的電子�(fā)生受激躍遷,其凈結果是有一部分低能級中的電子吸收電磁波能量躍遷到高能級�。這就是電子順磁共振現(xiàn)象。式�1)稱為EPR共振條件�,式中h是普朗克常數(shù),g稱為g因子� 是波爾磁子。由受激躍遷產生的吸收信號經電子學系�(tǒng)處理可得到EPR吸收譜線,EPR譜呈�(xiàn)了譜線及其強度隨磁場變化的關�。通常,現(xiàn)代EPR波譜儀記錄的是吸收信號的一次微分線�。即一次微分譜��

功能

  測量順磁體的磁化�;金屬或半導體中的傳導電子;固體中的某些局部晶格缺�;輻照損傷和輻照效應;磁性薄膜的研究;納米材料;半導體材料中摻雜對半導體性能的影響等;研究氧化還原反應過程中電荷轉移情況;或紫外輻照短壽命的有機自由基的性質;動力學化學中的瞬態(tài)自由�;電化學反應過程的研�;腐蝕中的自由基行為;聚合物、催化劑、橡膠中的自由基;催化反應機理研�;配位化學中金屬絡合物結構的研究�;生物化合物的X射線效應;輻照對食物保鮮的影�;酶反應、光合成;人�(fā)自由基的功率飽和行為;細胞組織中自由基與疾病關系的研究等;植物生長過程中自由基與�(huán)境的關系;環(huán)境污染機理的研究;礦物年代的研究,第四紀地質年代的測定;氣候的變遷;礦物中的元素與成礦的關�;寶石中的色�;金屬離子與成色的關系等�

應用

  物理學領域:

  1、研究含有未成對電子的原子、離�、分�

  2、研究金屬或半導體中的傳導電�

  3、研究晶體缺�、輻照效應和輻照損傷

  4、研究半導體中摻雜的影響

  5、研究單晶中的晶�

  6、研究材料的磁�

  化學領域�

  1、三重態(tài)的雙自由基和分子的研�

  2、反應動力學的研�

  3、γ射線照射產生的游離有機自由基的短暫行為

  4、聚合物的研�

  5、光化學和輻照產生的自由�

  生物與醫(yī)學領域:

  1、有機生命細胞組織中的自由基研究

  2、生物化合物的X射線效應

  3、藥物檢�、輻照食品的控制

  4、致癌物反應的研�

  5、血和微生物的研�

  其它領域�

  1、地質和考古樣品的年代測定及研究

  2、輻照劑量學研究和丙氨酸/ESR劑量測定

�(fā)展趨�

  自從電子順磁共振�(xiàn)象被�(fā)�(xiàn)以來,電子順磁共振理論在不斷�(fā)�,儀器技術日益完善,實驗方法時有�(chuàng)�。特別是在電子技術和計算機技術突飛猛進的今天,電子順磁共振波譜儀的結構和性能都得到了很大的發(fā)�。的電子順磁共振譜儀往往是具有高靈敏度、高分辨率和性能�(wěn)定的多功能波譜儀。雖然儀器結構復雜性在增加,功能在不斷增多,但是,其操作卻更簡�、更方便,甚至能在計算機控制下進行自動操作�

  為適應實際發(fā)展的需要,目前電子順磁共振儀器發(fā)展的趨勢是朝著低頻或高頻方向�(fā)�。在研究含水豐富的生物樣品時,如果采用X波段的儀器,由于樣品具有高介電常�(shù),則微波損耗大,影響諧振腔的Q值,使儀器靈敏度下降,甚至無法檢�。如果用低微波頻率如S波段和L波段的儀器,就有利于生物樣品的測�。為了獲得更高的靈敏度和分辨�,電子順磁共振儀器采用高頻高場條�,井結合脈沖技�,使波譜儀的性能有了很大提高。近年來,由于新技術的采用,在高頻電子順磁共振、雙共振技術、時間分辨電子順磁共�、脈沖傅里葉變換電子順磁共振和電子順磁共振成像等方面取得了令人矚目的新進展�

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