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什么是電子順磁共振？
電子順磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）是由不配對電子的磁矩發(fā)源的一種磁共振技術(shù)，可用于從定性和定量方面檢測物質(zhì)原子或分子中所含的不配對電子，并探索其周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)特性。對自由基而言，軌道磁矩幾乎不起作用，總磁矩的絕大部分（99%以上）的貢獻(xiàn)來自電子自旋，所以電子順磁共振亦稱“電子自旋共振"（ESR）。
歷史進(jìn)程
電子順磁共振首先是由前蘇聯(lián)物理學(xué)家 E·K·扎沃伊斯基于1944年從MnCl2、CuCl2等順磁性鹽類發(fā)現(xiàn)的。物理學(xué)家最初用這種技術(shù)研究某些復(fù)雜原子的電子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、偶極矩及分子結(jié)構(gòu)等問題。以后化學(xué)家根據(jù)電子順磁共振測量結(jié)果，闡明了復(fù)雜的有機(jī)化合物中的化學(xué)鍵和電子密度分布以及與反應(yīng)機(jī)理有關(guān)的許多問題。美國的B·康芒納等人于1954年將電子順磁共振技術(shù)引入生物學(xué)的領(lǐng)域之中，他們在一些植物與動物材料中觀察到有自由基存在。20世紀(jì)60年代以來，由于儀器不斷改進(jìn)和技術(shù)不斷創(chuàng)新，電子順磁共振技術(shù)已在物理學(xué)、半導(dǎo)體、有機(jī)化學(xué)、絡(luò)合物化學(xué)、輻射化學(xué)、化工、海洋化學(xué)、催化劑、生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)探礦等許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。
基本原理
子是具有一定質(zhì)量和帶負(fù)電荷的一種基本粒子，它能進(jìn)行兩種運動；一種是在圍繞原子核的軌道上運動，另一種是對通過其中心的軸所作的自旋。由于電子的運動產(chǎn)生力矩，在運動中產(chǎn)生電流和磁矩。在外加恒磁場H中，電子磁矩的作用如同細(xì)小的磁棒或磁針，由于電子的自旋量子數(shù)為1/2，故電子在外磁場中只有兩種取向：一與H平行，對應(yīng)于低能級，能量為-1/2gβH；一與H逆平行，對應(yīng)于高能級，能量為+1/2gβH，兩能級之間的能量差為gβH。若在垂直于H的方向，加上頻率為v的電磁波使恰能滿足hv=gβH這一條件時，低能級的電子即吸收電磁波能量而躍遷到高能級，此即所謂電子順磁共振。在上述產(chǎn)生電子順磁共振的基本條件中，h為普朗克常數(shù)，g為波譜分裂因子（簡稱g因子或g值），β為電子磁矩的自然單位，稱玻爾磁子。以自由電子的g值=2.00232，β=9.2710×10-21爾格/高斯，h=6.62620×10-27爾格·秒，代入上式，可得電磁波頻率與共振磁場之間的關(guān)系式：（高斯）= 2.8025（兆赫） [1]
檢測對象
①在分子軌道中出現(xiàn)不配對電子（或稱單電子）的物質(zhì)。如自由基（含有一個單電子的分子）、雙基及多基（含有兩個及兩個以上單電子的分子）、三重態(tài)分子（在分子軌道中亦具有兩個單電子，但它們相距很近，彼此間有很強(qiáng)的磁的相互作用，與雙基不同）等。
②在原子軌道中出現(xiàn)單電子的物質(zhì)，如堿金屬的原子、過渡金屬離子（包括鐵族、鈀族、鉑族離子，它們依次具有未充滿的3d，4d，5d殼層）、稀土金屬離子（具有未充滿的4f殼層）等。 [1]
波譜儀
絕大多數(shù)儀器工作于微波區(qū)，通常采用固定微波頻率v，而改變磁場強(qiáng)度H來達(dá)到共振條件。但實際上v若太低，則所用波導(dǎo)答尺寸要加大，變得笨重，加工不便，成本貴；而v又不能太高，否則H必須相應(yīng)提高，這時電磁鐵中的導(dǎo)線匝數(shù)要加多，導(dǎo)線加粗，磁鐵要加大，亦使加工困難。