Условие ЭПР

Рефераты по химии / Спектроскопия ЭПР / Условие ЭПР

Электрон, обладая собственным моментом количества движения (спином) и являясь электрически заряженной частицей, имеет магнитный момент:

µe= -gµвS,

где S- вектор спинового углового момента (в единицах h =h/2π); µв- магнетон Бора (µв = ℮h/(2mc) = 9,27*10-24 А*м²; ℮- заряд электрона ; m- масса покоя электрона; c-скорость света); g-безразмерная величина (g- фактор Ланде), равная для свободного электрона 2,00232.

В отсутствии внешнего поля спиновые векторы ориентированны беспорядочно, то есть спиновые состояния вырождены. При наложении внешнего магнитного поля В гамельтониан взаимодействия с ним

н=­µеВ (1)

запишется в виде

н =gµВSz (2)

Ось z совпадает с направлением поля. В общем случае паромагнитной частицей (при одном или нескольких неспаренных электронах) суммарный вектор S связан со спиновым квантовым числом S известным соотношением:

|S|= (3)

а его проекция, входящая в выражение (3),

Sz =ħms, (4)

где ms-квантовое число, которое может принимать значение от –S до +S (как и проекция Sz в единицах ħ), то есть всего (2S+1) значений.

рис. 1. Расщепление спиновых энергетических уровней электрона в зависимости от индукции внешнего магнитного поля и индуцируемый радиочастотным полем переход

рис. 2. Линия спектра поглоще­ния ЭПР (а) и кривая первой произ­водной спектра ЭПР (б) для лоренцевой формы линии

Поскольку при отрицательном заряде mе отрицателен, mе выбирается в уравнении (1) положительным. Для одного электрона S = 1/2 и возможны только две ориентации спинового вектора — по полю и против поля, т. е. его проекции на направление поля характеризуются двумя значениями квантового числа ms = ±1/2.

Соответствующие энергетические состояния, или зеемановские уровни, записываются в виде

Е=gmB Bms (6)

Из-за разных знаков mе и mn состояние с более низкой энергией взаимодействия с полем у электрона в отличие от протона соответствует ms=1/2 и обозначается волновой функцией состояния |β>. Состоянию с более высоким значением энергии соответствует ms = +1/2 и оно описывается волновой функцией |α>. Эти уровни показаны на рис. 1. Переходы между ними могут индуцироваться, как и в ЯМР, переменным радиочастотным полем, направленным перпендикулярно постоянному внешнему магнитному полю, но в частотном диапазоне на три порядка выше, чем в ЯМР, то есть в сантиметровом (миллиметровом) диапазоне длин волн.

Условием магнитного резонанса является совпадение разности энергий уровней, между которыми происходит переход, зависящий от внешнего поля B, с энергией кванта электромагнитного излучения, то есть

∆E=2µeB= gmB B=hv (7)

Для достижения этого условия используют обычно развертку по полю, то есть варьирование B при постоянной частоте излучения (v=const). Резонансный сигнал в спектре ЭПР обычно регистрируется в виде зависимости от напряженности поля первой производной интенсивности спектра поглощения, как это показано на рисунке 2, а, б, что позволяет лучше выявить особенности и разрешить структуру спектра.

Информация о химии

Уилкинс (Wilkins), Морис Хьюг Фредерик

Английский биофизик Морис Хьюг Фредерик Уилкинс родился в Понгароа (Новая Зеландия). Его мать, Эвелин (Виттейкер) Уилкинс, эмигрировала из Ирландии. Отца, Эдгара Генри Уилкинса, школьного доктора, очень привлекала исследовательска ...

Перрен (Perrin), Жан Батист

Французский физик Жан Батист Перрен родился в Лилле. Его вместе с двумя сестрами воспитывала мать, после того как их отец, офицер, умер от ран, полученных во время франко-прусской войны. Получив начальное образование в местных шко ...

Гармалин

Синонимы: дигидрогармин Внешний вид: ромбические кристаллы Брутто-формула (система Хилла): C13H14N2O Молекулярная масса (в а.е.м.): 214,26 Температура плавления (в °C): 238 Растворимость (в г/100 г или характеристика): ...