電子順磁共振實(shí)驗(yàn)報(bào)告范本(完整版)

1、專業(yè)報(bào)告模板 REPORT TEMPLATE報(bào)告編號：電子順磁共振實(shí)驗(yàn)報(bào)告范本（完整版）After Completing The Task According To The Original Plan, A Report Will Be Formed To Reflect The BasicSituation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas.互惠互利共同繁榮Mutual Benefit And Common Prosperity報(bào)吿書編號:批準(zhǔn)，電子順磁共振實(shí)驗(yàn)報(bào)告范本(完整版)備注：

2、該報(bào)告書文本主要按照原定計(jì)劃完成任務(wù)后形成報(bào)告，并反映遇到的基本情況、實(shí)際取得 的成功和過程中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、揭露存在的問題以及提出今后設(shè)想。文檔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行 修改和使用。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)電子順磁共振的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法;；2. 了解、掌握電子順磁共振譜儀的調(diào)節(jié)與使用;3. 測定DMPO-OH的EPR信號。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 電子順磁共振(電子自旋共振)電子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR) 或電子 順 磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance, EPR),是指在穩(wěn)恒磁場作用下，含有未成 對電子的原子、離子或分子的順

3、磁性物質(zhì)，對微波發(fā)生 的共振吸收。1944年，蘇聯(lián)物理學(xué)家扎沃伊斯基 (Zavoisky)首次從CuC12、MnC12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(xué)自由基、過渡金屬離子和稀土離子及其化合物、體中的第11頁/總10頁雜質(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(shí)間、超精細(xì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重 要工具。由于這種方法不改變或破壞被研究對象本身的性質(zhì)，因而對壽命短、化學(xué)活性高又很不穩(wěn)定的自 由基或三重態(tài)分子顯得特別有用。近年來，一種新的 高時(shí)間分辨ESR技術(shù)

4、，被用來研究激光光解所產(chǎn)生的 瞬態(tài)順磁物質(zhì)（光解自由基）的電子自旋極化機(jī)制，以獲得分子激發(fā)態(tài)和自由基反應(yīng)動(dòng)力學(xué)信息，成為光 物理與光化學(xué)研究中了解光與分子相互作的一種重要 手段。電子自旋共振技術(shù)的這種獨(dú)特作用，已經(jīng)在物 理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古等領(lǐng)域得到了廣泛 的應(yīng)用。2. EPR基本原理EPR是把電子的自旋磁矩作為探針，從電子自旋 磁矩與物質(zhì)中其它部分的相互作用導(dǎo)致EPR譜的變 化來研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的，所以只有具有電子自旋未完全 配對，電子殼層只被部分填充（即分子軌道中有單個(gè) 排列的電子或幾個(gè)平行排列的電子）的物質(zhì)，才適合 作EPR的研究。不成對電子有自旋運(yùn)動(dòng)，自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生自旋磁矩，外加

5、磁場后，自旋磁矩將平行或反平行 磁場方向排列。經(jīng)典電磁學(xué)可知，將磁矩為卩的小磁 體放在外磁場H中，它們的相互作用能為：E = U H 二一uH cos 9這里。為卩與H之間的夾角，當(dāng)。二0時(shí)，E=J!卩H,能量最低，體系最穩(wěn)定。二兀時(shí)，E二UH,能量 最高。如果體系從低能量狀態(tài)改變到高能量狀態(tài)，需 要外界提供能量；反之，如果體系由高能量狀態(tài)改變 為低能量狀態(tài)，體系則向外釋放能量。根據(jù)量子力學(xué)，電子的自旋運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的磁矩為: 卩 s=gB S其中S是自旋算符，它在磁場方向的投影記為MS,MS稱為磁量子數(shù)，對自由電子的MS只可能取兩個(gè)值,MS二±1/2,因此，自由電子在磁場中有兩個(gè)不同的

6、能 量狀態(tài)，相應(yīng)的能量是：E± 二 ±(l/2)ge8H記為：Ea= +(l/2)ge3HE8 二-(l/2)geBH式中Ea代表自旋磁矩反平行外磁場方向排列， 能量最高；E 8代表平行外磁場方向排列，能量最低。 但當(dāng)H=0時(shí)，Ea=EB,相應(yīng)的Ms=±l/2的兩種自 旋狀態(tài)具有相同的能量。當(dāng)H尹0時(shí)，能級分裂為二， 這種分裂稱為Zemman分裂。它們的能級差為：Ee二ge 8 H若在垂直穩(wěn)恒磁場方向加一頻率為u的電磁輻射場，且滿足條件：h u = g 8 H式中，h一為Planck常數(shù)，8為Bohr磁子,g 朗徳因子：則處在低能態(tài)的電子將吸收電磁輻射能量而躍入高

7、能量狀態(tài)，即發(fā)生受激躍遷，這就是EPR現(xiàn)象。因 而,hu二g8H稱為實(shí)現(xiàn)EPR所應(yīng)滿足的共振條件。3. g因子自由電子g二ge二2. 002 ,實(shí)際情況下 g=h?/?B（HO+H' ）, g反映分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)（因附加磁場 H'與自旋、軌道及相互作用有關(guān)），自由基g值偏離 很少超過土0. 5%,非有機(jī)自由基，g值可以在很大范圍內(nèi)變化，過渡金屬離子，因軌道角動(dòng)量對磁矩有貢 獻(xiàn)，g偏離ge。4. 主要特征由于通常采用高頻調(diào)場以提高儀器靈敏度，記錄儀上記出的不是微波吸收曲線（由吸收系數(shù)X''對磁 場強(qiáng)強(qiáng)度H作圖）木身，而是它對H的一次微分曲線。后者的兩個(gè)極值對應(yīng)于吸收曲

8、線上斜率最大的兩點(diǎn),而它與基線的交點(diǎn)對應(yīng)于吸收曲線的頂點(diǎn)。g值從共振條件hv二g8H看來，h、B為常數(shù)，在微波頻率固定后，v亦為常數(shù)，余下的g與H二者成 反比關(guān)系，因此g足以表明共振磁場的位置。g值在 本質(zhì)上反映岀一種物質(zhì)分子內(nèi)局部磁場的特征，這種 局部磁場主要來自軌道磁矩。自旋運(yùn)動(dòng)與軌道運(yùn)動(dòng)的 偶合作用越強(qiáng)，則g值對ge （自由電子的g值）的增 值越大，因此g值能提供分子結(jié)構(gòu)的信息。對于只含 C、H、N和0的自由基，g值非常接近ge,其增值只 有千分之幾。當(dāng)單電子定域在硫原子時(shí)，g值為2.02-2.06。多 數(shù)過渡金屬離子及其化合物的g值就遠(yuǎn)離ge,原因就 是它們原子中軌道磁矩的貢獻(xiàn)很大。例

9、如在一種Fe3+ 絡(luò)合物中，g值高達(dá)9.7。線寬通常用一次微分曲線上兩極值之間的距離表示（以高斯為單位），稱“峰對峰寬度。記作Hpp。線寬可作為對電子自旋與其環(huán)境所起磁的相互作用的 一種檢測，理論上的線寬應(yīng)為無限小，但實(shí)際上由于 多種原因它被大大的增寬了。超精細(xì)結(jié)構(gòu)如在單電子附近存在具有磁性的原子核，通過二者自旋磁矩的相互作用，使單一的共振吸 收譜線分裂成許多較狹的譜線，它們被稱為波譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。設(shè)n為磁性核的個(gè)數(shù)，I為它的核自旋量子數(shù)，原來的單峰波譜便分裂成（2nl+l）條譜線，相 對強(qiáng)度服從于一定規(guī)律。在化學(xué)和生物學(xué)中最常見的 磁性核為1H及14N,它們的I各為1/2及1。如有n 個(gè)1H

10、原子存在，即得（n+1）條譜線，相對強(qiáng)度服從 于（1+x） n中的二項(xiàng)式分配系數(shù)。如有n個(gè)14N原子 存在，即得（2n+l）條譜線，相對強(qiáng)度服從于（1+X+X2）n中的3項(xiàng)式分配系數(shù)。超精細(xì)結(jié)構(gòu)對于自由基的鑒IIII定具有重要價(jià)值。吸收曲線下所包的面積可從一次微分曲線進(jìn)行兩IIIIII次積分算出，與含已知數(shù)的單電子的標(biāo)準(zhǔn)樣品作比較, 可測出試樣中單電子的含量，即自旋濃度。5. 主要檢測對象可分為兩大類：在分子軌道中出現(xiàn)不配對電子（或稱單電子）的物質(zhì)。如自由基（含有一個(gè)單電子的分子）、雙基及 多基（含有兩個(gè)及兩個(gè)以上單電子的分子）、三重態(tài)分 子（在分子軌道中亦具有兩個(gè)單電子，但它們相距很 近，彼

11、此間有很強(qiáng)的磁的相互作用，與雙基不同）等。在原子軌道中出現(xiàn)單電子的物質(zhì)，如堿金屬的原子、過渡金屬離子（包括鐵族、杷族、伯族離子， 它們依次具有未充滿的3d, 4d, 5d殼層）、稀土金屬 離子（具有未充滿的4f殼層）等。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟羥基自由基（？0H）等氧自由基是主要的活性物種, 然而由于?0H的活性高、壽命短，因而難以直接測定。 捕獲劑捕獲短壽命的氧自由基生成相對穩(wěn)定的、壽命 較長的自由基，這些具有順磁性的有機(jī)物種在磁場和 微波的協(xié)同作用下容易被EPR分析檢測。DMPO是一 種對氧自由基捕集效率很高的自旋捕集劑，而且形成 的自旋加合物，DMPO-OH,有很特征的超精細(xì)分裂圖譜 和超精細(xì)分裂常數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：1、取適量DMPO樣品于樣品管中裝樣，將樣品管 一端封住；2、在插入樣品管前用紙擦拭確保其干凈；3、樣品管垂直放入諧振腔，等待EPR檢測。4、調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，得到譜圖。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論得到數(shù)據(jù)見附圖。從圖中可見，DMPO-OH的EPR 波譜由四條譜線組成，強(qiáng)度比為1:2:2:1。五、實(shí)驗(yàn)心得電子順磁共振(EPR)和核磁共振(NMR)的區(qū)別：a. 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；b. EPR的共振頻率在