Электронный парамагнитный резонанс

Электронный парамагнитный резонанс История и основные концепции ЭПР ЭПР был открыт в 1944 году Евгением Завойским и Бребисом Блини.   Метод […]

Электронный парамагнитный резонанс

  • История и основные концепции ЭПР

    • ЭПР был открыт в 1944 году Евгением Завойским и Бребисом Блини.  
    • Метод основан на возбуждении спинов электронов, а не атомных ядер.  
    • ЭПР особенно полезен для изучения комплексов металлов и органических радикалов.  
  • Теория ЭПР

    • Каждый электрон обладает магнитным моментом и спиновым квантовым числом.  
    • Внешнее магнитное поле выравнивает магнитный момент электрона, создавая энергетические уровни.  
    • Разделение между уровнями пропорционально напряженности магнитного поля.  
  • Экспериментальные методы

    • ЭПР-спектры получают путем изменения частоты фотонов или магнитного поля.  
    • Обычно используется микроволновое излучение в диапазоне 9000-10000 МГц.  
    • Модуляция поля используется для измерения первой производной поглощения.  
  • Распределение Максвелла-Больцмана

    • В термодинамическом равновесии парамагнитные центры распределены по энергетическим уровням.  
    • Верхний уровень имеет меньшую плотность населения, что приводит к поглощению энергии.  
  • Чувствительность и параметры

    • Чувствительность метода зависит от частоты фотона и параметров спектрометра.  
    • Высокая частота и низкая температура улучшают чувствительность.  
  • Спектральные параметры

    • Неспаренные электроны могут изменять g-фактор и испытывать электрон-электронные взаимодействия.  
    • Сверхтонкая связь и расщепление нулевого поля влияют на форму спектральных линий.  
    • Анизотропия спектров зависит от электронной структуры атома или молекулы.  
  • Фактор g

    • Знание g-фактора позволяет определить электронную структуру парамагнитного центра.  
    • Эффективное магнитное поле включает локальные поля атомов или молекул.  
  • Условие резонанса и g-фактор

    • Условие резонанса переписывается через g-фактор.  
    • g-фактор определяется экспериментально путем измерения поля и частоты резонанса.  
    • g-фактор зависит от спин-орбитальной связи и природы орбитали.  
  • Тензор g-фактора

    • g-фактор — это матрица 3 × 3, определяемая локальными полями.  
    • Главные оси тензора определяются локальным расположением атомов.  
    • Для одиночного спина положение резонанса определяется через составляющие вектора магнитного поля.  
  • Спектры ЭПР

    • В порошках спектр состоит из трех пиков, в кристаллах — из количества кристаллографически эквивалентных ориентаций спина.  
    • При высоких температурах пики сливаются в синглет.  
    • giso сравнивается с g-фактором свободного электрона для определения природы радикала.  
  • Сверхтонкая связь

    • Спектр ЭПР для радикала состоит из одной линии, но усложняется из-за связи со спинами соседних ядер.  
    • Константа сверхтонкой связи связана с расстоянием между спектральными линиями.  
    • Механизмы взаимодействия: контактное взаимодействие Ферми, дипольное взаимодействие, спиновая поляризация.  
  • Множественность и предсказание линий

    • Для радикала с M эквивалентными ядрами ожидаемое число линий равно 2MI + 1.  
    • В случае I = 1/2 ядер интенсивности линий соответствуют треугольнику Паскаля.  
    • Моделирование спектра ЭПР помогает предсказать количество линий и их интенсивности.  
  • Определение ширины резонансной линии

    • Ширина линии определяется в терминах магнитной индукции и измеряется вдоль оси x спектра.  
    • Полуширина и ширина первого наклона используются для описания ширины линии.  
  • Приложения ЭПР

    • ЭПР используется в биологии, химии и физике для обнаружения и идентификации свободных радикалов.  
    • ЭПР применяется в химических реакциях для изучения радикалов и их реакций.  
    • ЭПР полезна в исследованиях гомогенного катализа для определения характеристик парамагнитных комплексов.  
  • Альтернативный подход к замедлению реакций

    • Изучение образцов при криогенных температурах (77 К или 4,2 К)  
    • Пример: изучение радикальных реакций в монокристаллах аминокислот  
  • Медицинские и биологические приложения ЭПР

    • Использование спиновых меток для изучения биологических клеток  
    • Жирные кислоты, меченные спином, для изучения липидов и белков  
    • Дозиметрическая система на основе сигналов ЭПР радикалов  
  • ЭПР в геологии и археологии

    • Датирование органических сланцев и других материалов  
    • Измерение свойств сырой нефти  
    • Датировка зубов и оценка воздействия радиации  
  • Другие области применения

    • Контроль состояния электронных спиновых кубитов в квантовых вычислениях  
    • Высокочастотные измерения в широком поле  
  • Аппаратные компоненты

    • Микроволновый мост с источником и детектором  
    • Фазовращатель и циркулятор для фазочувствительного обнаружения  
    • Линейный детектор для оптимальной чувствительности  
  • Опорный рычаг и магнит

    • Опорный рычаг обеспечивает «смещение» для работы детектора.  
    • Магнитный узел включает магнит, источник питания и датчик поля.  
    • Используются электромагниты и сверхпроводящие магниты в зависимости от рабочей частоты.  
  • Микроволновый резонатор

    • Резонатор усиливает микроволновое магнитное поле на образце.  
    • Резонатор накапливает микроволновую энергию, определяемую коэффициентом качества Q.  
    • Чем выше Q, тем выше чувствительность спектрометра.  
    • Рассеянная энергия передается стенкам полости, что снижает Q.  
  • Импульсный электронный парамагнитный резонанс

    • Импульсные измерения лучше всего изучают динамику электронных спинов.  
    • Микроволновые импульсы управляют спинами в сфере Блоха.  
    • Эксперимент с затуханием эхо-сигнала Хана измеряет время расфокусировки.  
    • Импульсный ЭПР может быть усовершенствован в ENDOR, использующей радиочастоты.  
  • Дополнительные методы и приложения

    • Динамическая ядерная поляризация, EDMR, электрический дипольный спиновый резонанс, электронно-резонансная томография, ферромагнитный резонанс, оптически обнаруживаемый магнитный резонанс, вращающаяся маркировка, вращающаяся этикетка, улавливание вращением.  
    • Анализ транспортной функции альбумина методом ЭПР-спектроскопии.  

Полный текст статьи:

Электронный парамагнитный резонанс

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх