電子順磁共振實驗

1、 近代物理實驗 實驗名稱： 電子順磁共振 姓名： 張 超 學號： 3110831032 指導老師： 解光勇 【實驗目的】1、 在了解電子自旋共振原理的基礎(chǔ)上，學習用微波頻段檢查電子自旋共振信號的方法。2、 觀察共振信號波形，李薩如圖形和色散圖形。3、 測定中電子的因子?！緦嶒瀮?nèi)容】1、 將樣品插在示波器的小孔中；2、 打開電源，將示波器的輸入通道打在直流（）檔上；3、 調(diào)節(jié)檢波器中的旋鈕，使直流（）信號輸出最大；4、 調(diào)節(jié)端路活塞，再使直流（）信號輸出最小；5、 將示波器的輸入通道打在交流（）檔上，幅度為5檔；6、 這是在示波器就可以觀察到共振信號，但此時的信號不一定為最強，可以在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)

2、端路活塞與檢波器，也可以調(diào)節(jié)樣品在磁場中的位置（樣品在磁場中心處為最佳狀態(tài)），使信號達到一個最佳的狀態(tài)；7、 信號調(diào)出以后，關(guān)機，將阻抗匹配器接在環(huán)型器中的（）端與鈕波導中間，開機，通過調(diào)節(jié)阻抗匹配器上的旋鈕，就可以觀察到吸收或色散波形；8、 由磁鐵感應強度，微波頻率，根據(jù)，計算出旋磁比，又因為，所以有：，計算出朗德g因子值?！緦嶒瀮x器】電子順磁共振譜儀、示波器等。實際實驗時的實際儀器圖如下圖所示電子順磁共振譜儀有諧振腔、微波源、隔離器、環(huán)形器、晶體檢波器、扭波導、短路活塞和阻抗調(diào)配器八部分組成?！緦嶒炘怼?電子自旋共振(ESR)或電子順磁共振(EPR)，是指在穩(wěn)恒磁場作用下，具有未成對電子

3、的物質(zhì)置于靜磁場中，由于電子自旋磁矩與外部磁場相互作用導致電子的基態(tài)發(fā)生塞曼能級分裂：（為波爾磁矩，為無量綱參數(shù)）；當在垂直于靜磁場方向上所加橫向電磁波的量子能量等于時，滿足共振條件，此時未成對電子由下能級躍遷上能級。1944年，蘇聯(lián)物理學家扎沃伊斯基首次從、等順磁性鹽類發(fā)現(xiàn)。電子自旋共振（順磁共振）研究主要對象是化學自由基、過渡金屬離子和稀土離子及其化合物、固體中的雜質(zhì)缺陷等，通過對這類順磁物質(zhì)電子自旋共振波譜的觀測（測量因子、線寬、弛豫時間、超精細結(jié)構(gòu)參數(shù)等），可了解這些物質(zhì)中未成對電子狀態(tài)及所處環(huán)境的信息，因而它是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運動狀態(tài)的重要工具。 既然總磁矩的空間取向是量子化的，磁

4、矩與外磁場的相互作用能也是不連續(xù)的。其相應的能量為 （1）不同磁量子數(shù)所對應的狀態(tài)上的電子具有不同的能量。各磁能級是等距分裂的，兩相鄰磁能級之間的能量差為 （2）當垂直于恒定磁場的平面上同時存在一個交變的電磁場，且其角頻率滿足條件：，即 （3）時，電子在相鄰的磁能級之間將發(fā)生磁偶極共振躍遷。從上述分析可知，這種共振躍遷現(xiàn)象只能發(fā)生在原子的固有磁矩不為零的順磁材料中，稱為電子順磁共振。【實驗步驟】1、 按要求連接好實驗儀器；2、 接通電源，打開儀器開關(guān)；3、 信號調(diào)出以后，關(guān)機，將阻抗匹配器接在環(huán)型器中的（）端與鈕波導中間，開機，通過調(diào)節(jié)阻抗匹配器上的旋鈕，就可以觀察到吸收或色散波形；4、 拍下

5、示波器上的吸收波形；5、 拍完吸收波形后，調(diào)節(jié)示波器，再觀察李薩如圖形；6、 拍下觀察到的李薩如圖形?！咀⒁馐马棥?、注意保護好電磁鐵磁極表面；2、實驗中對實驗儀器不要生拉硬拽避免損壞接線；3、注意保持微波系統(tǒng)水平，樣品腔應調(diào)至磁場中心位置；4、調(diào)節(jié)微波信號時，注意要緩慢調(diào)節(jié)各部分旋鈕，并要時刻注意波形變化?！緦嶒灲Y(jié)果】1、觀察到的吸收波形如下圖所示，圖中縱坐標表示邊限振蕩器檢波輸出信號。2、觀察到的李薩如圖形如下圖所示實驗中所得到的共振吸收波形和李薩如圖形和講義上所給的圖形在誤差允許的范圍內(nèi)是基本吻合的?！緦嶒灧治觥侩娮禹槾殴舱瘢‥PR）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。核磁共振（NMR）是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。電子順磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的區(qū)別：1、 EPR和NMR是分別研究電子磁矩和核磁矩在外磁場中重新取向所需的能量；2、 EPR的共振頻率在微波波段，NMR共振頻率在射頻波段；3、 E