🗊Презентация Электрондық парамагнитті резонанс (ЭПР) әдісі

Электрондық парамагнитті резонанс (ЭПР) әдісі Орындаған:Таушан Б.А.

Сол жақ суретте Завойский Евгений Константинович, совет физик-эксспериментаторы. Үстіңгі суретте электронды парамагнитті резонанс анализаторы ЭПР «АХМ-09» Электрондық парамагниттік резонансты (ЭПР. ESR) Е.К.Завойский 1944 жылы ашқан. Бұл тұрақты магниттік моментке ие болатын, құрамында бөлшектері (атомдары,молекулалары,иондары) бар жүйенің өзіне электромагниттік өріс знергиясын резонансты сіңіру кұбылысы. Мұндайда кеңістікте әр түрлі бағыттағы магниттік моментімен байланысқан энергетикалық деңгейлері арасында энергияның сіңірілуі индукцияланады.

Тұрақты магниттік өріс жоқ кезде магниттік моменттер емін- еркін бағытталып, жүйенің күйі энергия бойынша төмендейді, алмоменттер қосындысы нөлге тең. Магниттік өрісті берген кезде жүйедегі төмендеу алынадып, өріс  бағытындағы  магниттік моменттік проекциясы квантталу ережесіне сәйкес белгілі мәндерге ие болады, деңгей энергиясы (Е0) ыдырайды. Ондағы туындайтын деңгейшелердің арақашықтығы өрістің кернеулігіне тэуелді болады: мұндағы g - спектроскопиялық ыдырау факторы. μ - Бор магнитоны. Н - өрістің кернеулігі.

Электрондардың денгейшелер бойынша таралуы Больцман заңына бағынады, ондағы денгейшелердің толықтырылуы келесі өрнек арқылы анықталады: =exp Егер үлгі жиілігі v айнымалы магниттік өрістің әсеріне ұшыраса: -=∆Е=gH резонанс пайда болады. осы кезде көршілес деңгейшелер арасындағы ауысулар индукцияланады, бұл жағдайда кванттын hv сіңірілуі мен шығарылу мүмкіндігі тен болады. Көбіне айнымалы өрістің (оның магнитгік құраушысының) энергияны резонанстық сіңіруі басымырақ өтеді, өйткені Больцманның таралуына сәйкес (0,2%) төменгі деңгейдегі электрондар саны артық.

Алайда энергияның сіңірілуін үздіксіз байқау үшін резонанстың шарты жеткіліксіз, өйткені электромагниттік сәуле шығарулар әрекеттескен кезде деңгейшелер орналасуының теңелуі өтеді. Электрондық деңгейшелердің орналасуында Больцмандық таралуды ұстап түру үшін релаксациялық процесс кажет. Электрондардын қоздырылған күйден негізгі күйге релаксациялық ауысуы қоршаған ортамен энергия алмасқанда жүзеге асады. Деңгейшелер арасындағы торлар электрондармен индукцияланған кезде алмасу жүреді (спин-торлы релаксация). Энергияның артығы электрондар арасында қайта таратылады (спин-спинді релаксация). Электромагниттік сәуле шығару әсер еткеннен кейін жүйенің негізгі күйге қайту жылдамдығының сандық өлшемі - спинторлы Т және спинспинды релаксация Т2 уақыты. Сонымен ЭПР спектрі дегеніміз, спиндік жүйенің электромагниттік энергияны сіңіруін тіркейтін, орнықты да тұрақты қондырғы. ЭПР спектрінің негізгі параметрлері интенсивтік, резонанстық сызықтың пішіні мен ені, g-фактор, жұқа және асқын жұқа құрылым болып саналады. Іс жүзінде сіңіру қисығынын бірінші туындысы - жиі, ал екіншісі сиректеу тіркеледі. Бұл қисықтар алынатын мәліметті айқындап, сезімталдылықты арттыруға мүмкіндік береді. Медициналық ЭПР томографы

Нәзік құрылым Құрамында бірден көп жүптасқан электроны (S>l/2) бар парамагниттік иондардың ЭПР спектрінде туындайды. Мысалы, S = 3/2 бар ионға тұрақты магнит өрісін бергенде (2S + 1) деңгейше түзіледі, онда бос иондардың ара қашықтығы бірдей, квантты сіңіргенде бір резонансты сүйірше байқалады. Иондық кристалда ондағы кристалдық өрістің бірдей болмауынан спиндік жүйедегі жарғы деңгейшелер аралықтары әр түрлі болады. Нәтижесінде электромагниттік сәуле шығаруды сіңіру өрістің әр түрлі мәнінде жүреді. Бұл ЭПР спектрінде үш резонанстық сызықтың пайда болуына келтіреді.

Спектрометрдің функционалды схемасы

Аса нәзік құрылым ЭПР спектрлері – жұпғаспаған электронның магниттік моментінің ядро магниттік моментімен өзара әрекеттесуінен пайда болған маңызды мәліметтерді береді. Айталық сутек атомындағы жұптаспаған электронының магниттік және протонының ядролық спині пайда болған локальды өрісте орналасқан делік. Бұл жағдайда ядролық спиннің магниттік еріске катынасы екі түрлі бағыт алуына мүмкіндігі болады: осы өрістік тура және кері бағыты бойынша, ал бұл орбір зеемановтық деңгейдің екіге бөлінуіне келтіреді. Белгіленген жиілік кезінде бір резонанстық сіңіру сызықтарынып орнына аралығы, әсіре жұқа өзара әрекеттестік тұрақтысы деп аталатын екі сызық туындайды: a = 5,12 • 10-2 Тл.

Аса жуқа қабаттың өзара әрекеттесуін екі типке бөледі: анизотропты ядро мен жұптаспаған электронның диноль-дипольдік әрекеттесуімен байланысты; изотропты ядро нүктесіндегі жұптаспаған электронның спиндік тығыздығы нөлге теңелгенде туындайды. Бірінші тектегі әрекеттесу ядро мен электронды қосатын сызыққа және магниттік өріс бағытының арасындағы бұрышқа 0 тәуелді, онын шамасы: α=µ- Жұптаспаған электронның I спині бар  ядромен осындай әрекеттесуі болғанда ЭПР сіңіру сызықтары интенсивтікке тең (2 1+1) құрамдас бөлікке ыдырайды. Бұған эквиваленттік ядро спектрде тең орналаскан (и +1) эквидистантты орналасқан сызықтар пайда болады, бұлардың интенсивтікке қатысты биномды ыдырау коэффициентіне пропорционал (1 + X)". Жеке алынған нақты әрбір жағдайдағы ядролық спиндердің бағытталуы мультиплеттік және интенсивтік бағдарымен анықталады.

Алмасу сығылуы. Жақын жатқан электрон спиндердің арасында J алмасу әсерлесуі бар парамагнетикті қарастырайық. Спин үлестурі болатын Тс температурадан әлдеқайда үлкен болатын температура үлгі орналассын деп саналады. Осы жағдайларда жасалатын эксперименттер спинді резонанс сызығының байқалатын еңі диполь-дипольді әсерлесу үшін теориялық мәндерінен әлдқайда тар болып шыққанын көрсетті. Осы эффект алмасу сығылу деп аталады. Кейбір мағынада, ол ядролардың қозғалысынан туындайтын тарылу эффектісіне пара пар. Алмасу жиілігін секірістердің 1/τ жиілігі ретінде интерпретациялаймыз.Онда, сығылу үшін алынған қозғалыстан туындайтын алмасу-сығылу сызығының еңі үшін і жалпыласақ: мұндағы алмасу болмайтын кездегі статикалық дипольды еңінің квадраты

Нөлдік өрістегі ыдырау. Кейбір парамагниттік иондардың ішкі кристаллды өрістің әсерінен негізгі магнитттік энергетикалық деңгейлердің 1010 -1011 Гц интервалында ыдырау байқалады және осы ыдырау микротолқынды радиоспектроскопияның тәсілдерімен байқалынады. Мысал ретінже 25 суретте көрсетілген резонансты қисық бола алады; осы қисықты бөлме температурасында ∆=1,5*1Гц нөлдік өрістегі дырауының нәтижесі ретінде түсіндіруге болады. Басқа мысал ретінде Mионы – көп кристаллындағы зерттеу объектісі бола алады.Оны осы кристаллға қоспа сияқты енгізген. Онда негзігі күй деңгейлерінің ыдырауы 107 Гц –тен 109 Гц-ке дейін интервалында байқалды.

Қолданылған әдебиет: Жұманов К.Б. Атомдық физика - Алматы, <<Қазақ университеті>>, 2006, - 369 бет. Жұманов К.Б. Атомдық физика - Алматы, <<Қазақ университеті>>, 2000, - 465 бет. Савельев И.В. Курс общей физики.Т 3 Наука, 1982 Гершензон Е.М. Малов Н.Н. Курс общей физики. - - М. Просвещение, 1979 Детлаф А.А., Яворский Б.М., Миликовская Л.Д., Курс общей физики. Т 3.- М. Высшая школа. 1979 Гершензон Е.М. Малов Н.Н. Практикум по общей физики. - - М. Просвещение, 1982 Поль Р.В. Оптика атомная физика - М. Наука, 1966. Сивухин Д.В. Общей курс физики. Т 4. kk.sciencegraph.net phys.sarwar.kz