電子順磁共振epr

電子順磁共振epr電子順磁共振epr第1頁

ElectronParamagneticResonance,EPR,isaspectroscopictechnique,whichdetectsspeciesthathaveunpairedelectrons.

它是直接檢測和研究含有未成對電子順磁性物質(zhì)一個(gè)波譜學(xué)技術(shù)。

ItisalsooftencalledESR,ElectronSpinResonance,ESR.

電子順磁共振:碩士課程—EPR電子順磁共振epr第2頁WhatIstheElectronSpin?電子含有電荷，同時(shí)電子像陀螺一樣繞一個(gè)固定軸旋轉(zhuǎn)，形成有南北極自旋磁矩。Theelectronspinistheelectron’selectromagneticfieldangularmomentum.

電子自旋即電子電磁角動量電子內(nèi)稟運(yùn)動或電子內(nèi)稟運(yùn)動量子數(shù)簡稱。

碩士課程—EPR電子順磁共振epr第3頁一、

電子順磁共振研究對象EPR—研究對象電子順磁共振epr第4頁Magneticsubstancephoto-translationSuperconductorCatalystGlass-fiberMetalcomplexSemiconductorTeeth,BoneShell,CoralQuartz,AgingRadiationdefectsCoal,OilErosionLipidperoxideSODactivityAging,CancerSpinlabelFluidityCo-enzymeVitaminC,E,KImmunoassayDrugdetectionEnzymeIonomerConductingpolymerDegradationPolymerizationLiquidcrystalLBmembraneConductingmaterialsGasphaseESRBasicResearch&TechniqueO2NO2TransitionmetalionCombustionSpintrapActiveoxygenApplicationFieldsofESRSpectroscopyEPR—研究對象

Organomagnetic???????電子順磁共振epr第5頁EPR—研究對象——固體堿金屬

——

自由基（radical）

含有一個(gè)未成對電子化合物。

如：·CH3，SP3雜化；堿金屬核外價(jià)電子：nS1電子順磁共振epr第6頁EPR—研究對象二苯基苦基肼基（DPPH)DiphenylPicrylHydrazyl

DPPHESR譜線：電子順磁共振epr第7頁EPR—研究對象

如：蒽分子它本身是逆磁性分子

An+K(真空無水條件)An-+K+(用四氫呋喃作溶劑)

An+H2SO4(98%)

An+

電子順磁共振epr第8頁EPR—研究對象

再如：萘分子它本身是逆磁性分子

A+K(真空無水條件)A-+K+(用dimethoxyethane作溶劑)

A+H2SO4(98%)

A+

電子順磁共振epr第9頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第10頁P(yáng)erylenecationradical共125條線二萘嵌苯陰離子EPR—研究對象電子順磁共振epr第11頁EPR—研究對象其它相關(guān)自由基化學(xué)：

電子順磁共振epr第12頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第13頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第14頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第15頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第16頁Beer-FlavorStabilityEPR—研究對象酒類：啤酒主要性能指標(biāo)之一，lagtime電子順磁共振epr第17頁EPR—研究對象PBN-OH加合物ESR譜線：電子順磁共振epr第18頁EPR—研究對象活性氧：ActivatedOxygen電子順磁共振epr第19頁EPR—研究對象OxygenPeroxideMetalUVRadiationStressShockIschemiaBrainDamageHeartDiseaseLungDiseaseGastralDiseaseSkinDisorderAgingCancerInflammationActiveOxygen電子順磁共振epr第20頁SODv.s.PotentialLifetimeEPR—研究對象電子順磁共振epr第21頁EPR—研究對象SOD超氧歧化酶，用于去除超氧陰離子自由基。電子順磁共振epr第22頁EPR—研究對象抗氧化劑：茶多酚，各種酒類

電子順磁共振epr第23頁DMSO溶液中，各種氧化茶多酚ESR譜圖。J.FerreiraSeverinoetal.FreeRadicalBiology&Medicine46()1076–1088EPR—研究對象電子順磁共振epr第24頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第25頁煙草：去除煙草煙氣自由基—一些有害成份。怎樣提香、降害？—煙草制品改進(jìn)方向。

EPR—研究對象電子順磁共振epr第26頁——雙基或多基

這類化合物含有兩個(gè)或兩個(gè)以上未成對電子，且它們相距甚遠(yuǎn)，相互作用也很弱。EPR—研究對象都是經(jīng)典雙基，能夠用EPR研究它。

電子順磁共振epr第27頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第28頁——順磁性分子（含有未成對電子分子）

如：NO，NO2，O2等分子，本身就含有未成對電子，是順磁性。

EPR—研究對象電子順磁共振epr第29頁EPR—研究對象

g,X-ray,UV電子順磁共振epr第30頁EPR—研究對象StableFreeRadicalsinGasPhase電子順磁共振epr第31頁O2分子順磁性：相關(guān)分子軌道理論能夠解釋2O：[(1S)2(2S)2(2P)4]O2

：KK[(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(πy2p)2(πz2p)2

(πy*2p)1(πz*2p)1]

EPR—研究對象電子順磁共振epr第32頁——三重態(tài)分子

其分子軌道上有兩個(gè)未偶電子，但其與雙基不一樣，這兩個(gè)電子彼此相距很近，有很強(qiáng)相互作用。1、激發(fā)三重態(tài)；如：萘激發(fā)三重態(tài)；2、基態(tài)就是三重態(tài)分子如：氧分子。EPR—研究對象電子順磁共振epr第33頁EPR—研究對象計(jì)算機(jī)擬合三重態(tài)ESR譜一次微分線電子順磁共振epr第34頁EPR—研究對象——過渡金屬和稀土元素

電子順磁共振epr第35頁過渡金屬、稀土元素含有未充滿3d，4d，5d及4f殼層，核外有一個(gè)或一個(gè)以上未成對電子。

V23（4S23d3）V5+（3d0）無EPR信號

V4+（3d1）有EPR信號Mn25（4S23d5）Mn5+（3d0）無EPR信號

Mn2+（3d5）有EPR信號

EPR—研究對象電子順磁共振epr第36頁過渡金屬和稀土元素EPR譜線特點(diǎn)：譜線復(fù)雜且譜線大多很寬，理論處理也較困難。原因：EPR—研究對象1、電子處于離子d殼層中，它們自旋運(yùn)動和軌運(yùn)動間有很強(qiáng)“自旋—軌道偶合作用”;2、離子并非以自由形式存在，處于由配位體組成晶場中。電子順磁共振epr第37頁——半導(dǎo)體中空穴或電子

——晶格缺點(diǎn)

如：V心：Thepositive-ionvacancy(Vcenter)V-center(earliercalledV1)(tetragonalsymmetry)

F心：anelectroninanegative-ionvacancy(Fcenter)

inanalkalihalide(Cubicsymmetry)可用EPR來作定量研究。

EPR—研究對象電子順磁共振epr第38頁——其它

EPR在年代學(xué)上應(yīng)用：

C14（幾萬年）熱釋光（幾十萬年）

EPR（上百萬年）

EPR—研究對象電子順磁共振epr第39頁EPR—研究對象EPR測年原理：

依據(jù)是：礦物中積累ESR信號強(qiáng)度與時(shí)間相關(guān)。試驗(yàn)室中經(jīng)過以下簡單公式取得ESR年紀(jì):A=P/D式中：A為年紀(jì)(a)；P為古劑量(Gy)；D為年劑量(Gy/a)。普通在試驗(yàn)室中測定P和D。古劑量P能否測準(zhǔn)是取得可靠ESR年紀(jì)前提之一。古劑量是指在所測事件發(fā)生以來礦物所累積起來ESR信號。對于石英，可供測定ESR信號中心分別有E’,OHC,Ge,Al,Ti中心等。(E’：氧空位電子心，OHC：氧空穴)電子順磁共振epr第40頁EPR—研究對象自然輻照年劑量D確實(shí)定是個(gè)比較復(fù)雜過程，普通用熱釋光劑量片，或放射性同位素如：U-Th,14C半衰期等來確定。電子順磁共振epr第41頁EPR—研究對象EPR在劑量學(xué)上應(yīng)用：電子順磁共振epr第42頁EPR—研究對象丙氨酸(Alanine;2-Aminopropanoic)：電子順磁共振epr第43頁P(yáng)aramagnetization

MethodEPR—研究對象電子順磁共振epr第44頁IonImplantationEPR—研究對象電子順磁共振epr第45頁EPR—研究對象電子順磁共振epr第46頁

A、快速檢測：QuickDetection

如：Rapid-FlowMixing,TimeResolvedESR(-CIDEP)

EPR—研究對象對一些不穩(wěn)定、壽命短活性粒子，必須采取一些特殊處理才能觀察到它們EPR信號，主要方法有：B、

穩(wěn)態(tài)檢測：StabilizationDetection

低溫冷凍：Freezing；用捕捉劑與自由基加合，生成長壽命穩(wěn)定自由基，然后對其進(jìn)行研究。Spin-TrappingUnstableRadicals電子順磁共振epr第47頁

缺點(diǎn)：1、不足大。只能檢測順磁性物質(zhì)；

2、對含有順磁性離子或原子化合物，

EPR普通只能給出較少局部結(jié)構(gòu)信息，或得到結(jié)構(gòu)方面信息復(fù)雜，難以作出準(zhǔn)確判定。

EPR—研究對象EPR優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、EPR是觀察自由基等順磁性物質(zhì)一個(gè)最直接、高靈敏方法(與NMR比)；

2、不需對樣品進(jìn)行復(fù)雜處理，直接檢測而不破壞樣品。電子順磁共振epr第48頁EPR—研究對象——納米材料電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)ESR研究

納米材料電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)是由其內(nèi)在原因決定，當(dāng)然與結(jié)構(gòu)材料電子微環(huán)境緊密相聯(lián)。所以，能夠用ESR研究各種順磁、鐵磁納米材料電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。對于一些含有異常電子體系材料，能夠用ESR研究材料內(nèi)部電子鍵合及分布情況。電子順磁共振epr第49頁——過渡金屬離子氧化態(tài)及配位ESR研究過渡金屬配位環(huán)境不一樣則g值會發(fā)生改變。比如：六配位Mo(VI)：g┴=1.944，g//=1.892；五配位Mo(V)：g┴=1.957,g//=1.866;四配位MoMo(IV):

g┴=1.926,g//=1.755。原因在于其垂直組分對各自孤立金屬粒子響應(yīng)十分敏感，表現(xiàn)為不一樣金屬配位環(huán)境下其g┴與g//較大改變。大多數(shù)過渡金屬表現(xiàn)行為與這類似，所以，用ESR作為表征過渡金屬離子氧化態(tài)及周圍配位情況是簡單易行且可靠方法。EPR—研究對象電子順磁共振epr第50頁——摻雜材料ESR研究

Mn摻雜II-IV族化合物是經(jīng)典稀磁半導(dǎo)體（DMS）材料，摻雜離子影響材料光、電性質(zhì)。DMS制備是經(jīng)過常規(guī)半導(dǎo)體材料摻雜各種磁性或順磁性粒子而得到，其摻雜質(zhì)量高低直接影響材料特征。怎