🗊Презентация Электронный парамагнитный резонанс

Подготовил (а): студент группы ХМ-42 Подготовил (а): студент группы ХМ-42 Назарова Диана

План: Введение; Физические основы метода электронного парамагнитного резонанса; Устройство и принцип работы ЭПР-спектрометра; Сверхтонкая структура ЭПР; Значение метода; Техника получения спектров; Используемая литература.

В 1944 году в Казанском университете Е.К. Завойский проводил исследования парамагнитной релаксации на высоких частотах (107-108 Гц) при параллельной и перпендикулярной ориентациях переменного и постоянного магнитных полей. На примере парамагнитных солей (MnCl2, CuSO4*5H2O и пр.) он впервые обнаружил интенсивное резонансное поглощение высокочастотной энергии при строго определенных отношениях напряженности постоянного магнитного поля к частоте. Так было открыто новое физическое явление, широко известное теперь под названием электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В 1944 году в Казанском университете Е.К. Завойский проводил исследования парамагнитной релаксации на высоких частотах (107-108 Гц) при параллельной и перпендикулярной ориентациях переменного и постоянного магнитных полей. На примере парамагнитных солей (MnCl2, CuSO4*5H2O и пр.) он впервые обнаружил интенсивное резонансное поглощение высокочастотной энергии при строго определенных отношениях напряженности постоянного магнитного поля к частоте. Так было открыто новое физическое явление, широко известное теперь под названием электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Завойский Евгений Константинович

Установка Завойского для наблюдения ЭПР в диапазоне 10 МГц (1944 г.)

Физические основы метода электронного парамагнитного резонанса Наличие спинового момента у отрицательно заряженного электрона приводит к возникновению электронного магнитного момента μe, который пропорционален спину S и определяется выражением: μe = gβS В этом выражении g – безразмерная постоянная Отношение магнитного момента электрона к его механическому моменту, равное для свободного электрона 2.0023, β - электронный магнетон Бора, β = 9.27400915(26)×10−24 Дж/Тл. Энергия взаимодействия между электронным магнитным моментом и внешним магнитным полем описывается следующим выражением: Eвз = -μeB = gβBSB, где SB – проекция спина на направление магнитного поля.

Рассмотрим случай с одним неспаренным электроном. При наложении постоянного внешнего магнитного поля в соответствии с эффектом Зеемана возникнут два уровня с магнитными квантовыми числами mS=±1⁄2 с расщеплением ∆E=gβB между ними. Величина расщепления прямо пропорциональна напряженности приложенного магнитного поля и по абсолютной величине в 100-1000 раз меньше, чем энергия теплового движения kT. Математически отношение заселенностей уровней с mS=+1⁄2 и mS=-1⁄2, согласно распределению Больцмана, выражается следующей формулой: Рассмотрим случай с одним неспаренным электроном. При наложении постоянного внешнего магнитного поля в соответствии с эффектом Зеемана возникнут два уровня с магнитными квантовыми числами mS=±1⁄2 с расщеплением ∆E=gβB между ними. Величина расщепления прямо пропорциональна напряженности приложенного магнитного поля и по абсолютной величине в 100-1000 раз меньше, чем энергия теплового движения kT. Математически отношение заселенностей уровней с mS=+1⁄2 и mS=-1⁄2, согласно распределению Больцмана, выражается следующей формулой: N+1/2 N−1/2 =e−∆E/kT =e−gβB/kT

Если на электрон, помещенный в постоянное магнитное поле воздействовать электромагнитным излучением СВЧ диапазона с плоскостью поляризации магнитного поля B1 перпендикулярной плоскости постоянного поля, то при выполнении условия: Если на электрон, помещенный в постоянное магнитное поле воздействовать электромагнитным излучением СВЧ диапазона с плоскостью поляризации магнитного поля B1 перпендикулярной плоскости постоянного поля, то при выполнении условия: hν = gβB

Устройство и принцип работы ЭПР-спектрометра

Электромагнитное излучение от источника A проходит через аттенюатор B, предназначенный для регулировки мощности СВЧ, затем через циркулятор* C и через волновод попадает на резонатор с образцом D. Отраженное от резонатора излучение через циркулятор подается на детектор E, сигнал с которого поступает на усилитель G с переменным коэффициентом усиления и далее на регистрирующее устройство. Циркулятор необходим для разделения потоков излучения от источника и от резонатора. Таким образом, на детектор попадает только отраженное излучение и не попадает излучение от источника. Усилитель предназначен для согласования уровня сигнала с выхода детектора с уровнем входного сигнала регистрирующего устройства. Электромагнитное излучение от источника A проходит через аттенюатор B, предназначенный для регулировки мощности СВЧ, затем через циркулятор* C и через волновод попадает на резонатор с образцом D. Отраженное от резонатора излучение через циркулятор подается на детектор E, сигнал с которого поступает на усилитель G с переменным коэффициентом усиления и далее на регистрирующее устройство. Циркулятор необходим для разделения потоков излучения от источника и от резонатора. Таким образом, на детектор попадает только отраженное излучение и не попадает излучение от источника. Усилитель предназначен для согласования уровня сигнала с выхода детектора с уровнем входного сигнала регистрирующего устройства.

Метод ЭПР позволяет оценить эффекты, проявляющиеся в спектрах ЭПР из-за наличия локальных магнитных полей. В свою очередь локальные магнитные поля отражают картину магнитных взаимодействий в исследуемой системе. Таким образом, метод ЭПР позволяет исследовать как структуру парамагнитных частиц, так и взаимодействие парамагнитных частиц с окружением. Метод ЭПР позволяет оценить эффекты, проявляющиеся в спектрах ЭПР из-за наличия локальных магнитных полей. В свою очередь локальные магнитные поля отражают картину магнитных взаимодействий в исследуемой системе. Таким образом, метод ЭПР позволяет исследовать как структуру парамагнитных частиц, так и взаимодействие парамагнитных частиц с окружением. Одним из примеров, иллюстрирующем влияние магнитных полей ядер на вид спектра ЭПР, служит сверхтонкая структура спектров ЭПР (СТС).

Рассмотрим, какой вид имеет спектр ЭПР атомов водорода. Рассмотрим, какой вид имеет спектр ЭПР атомов водорода. Как известно, в атоме водорода имеется один электрон, располагающийся на S-орбитали около протона. Протон обладает магнитным моментом. В этом случае неспаренный электрон в атоме водорода находится в эффективном поле, складывающемся из поля, создаваемого магнитом, и поля протона: Hэфф = H0 + Hпрот

Техника получения спектров

Используемая литература: