EPR电子顺磁共振教程

电子顺磁共振（EPR）概论

或电子自旋共振（ESR）概论陈家富合肥微尺度物质科学国家实验室顺磁共振室二00四年十一月

2004研究生课程—EPR1编辑ppt阅读参考书：1、范康年主编，谱学导论，高教出版社，20012、裘祖文，电子自旋共振波谱，科学出版社，19803、张建中等，自旋标记ESR波谱的基本理论和应用，科学出版社，19874、陈贤镕，电子自旋共振实验技术，科学出版社，19865、石津和彦等，实用电子自旋共振简明教程（生命科学专业适用），南开大学出版社，19926、张建中等，磁共振教程，中国科大出版社，19962004研究生课程—EPR2编辑ppt电子顺磁共振（EPR）历史：

1945年，前苏联物理学家，柴伏依斯基/或称扎伏伊斯基(Zavoisky,N.K.)观察发现的。

2004研究生课程—EPR3编辑ppt2004研究生课程—EPR

它是直接检测和研究含有未成对电子顺磁性物质的一种光谱学技术。ElectronParamagneticResonance,EPR,isaspectroscopictechnique,whichdetectsspeciesthathaveunpairedelectrons.ItisalsooftencalledESR,ElectronSpinResonance,ESR.

电子顺磁共振:4编辑ppt因磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖科学家1944年I.S.Rabi1952年F.Bloch,E.M.Purcell1955年W.E.Lamb,P.Kusch1964年C.H.Townes1966年A.Kastler1977年J.H.VanVleck1981年N.Bloembergen1983年H.Taube1989年N.F.Ramsey1991年R.R.Ernst2002年K.Wüthrich2003年P.C.Lauterbur,S.P.Mansfield（到今年为止）2004研究生课程—EPR5编辑pptNobodylovesRaymond(Damadian)

TheNobelPrizeinMedicinedidNOTgotoRaymondDamadian,andheismadashell.MadenoughtotakeoutadvertisementsintheNYTimesandtheWashingtonPost.…….(thewayitisstilldonetoday).Raymondwasn'tdetouredhethinksoutsidethebox.Sohedidsomeexperimentationgatheredupasetofdataandpublishedanicebitoforiginalwork.Hestilldidn'thaveamachinethatwewouldcallamodernMRI.Thedatahismachineproducedwasnotaprettypicture,norcouldhisresultsandconclusionsbeverified.Buthedidpublishthatpaper.ItgotothersthinkingandinvolvedwithMRI.OtherpeoplewhoactuallyproducedpracticalworkingMRIdevices.OurboyRaycouldn'tgethismachinetoworkverywell,foryearshecouldn't.Hedidhowevergetapatent.WiththatpatenthespentyearschasingGEMedicalSystemsthroughthecourts.Heandhislawyersgotover$100milliondollarsfromthemintheend.HiscompanyeventuallydidproduceanMRIdevicethatcouldbesoldonthemarket.MytitleismisleadingthereisagroupofindividualswholoveRaymond.ItistheCreationSciencecommunity.Nowthecontroversyis

WasRaymondsnubbedbyNobelCommitteebecauseheisbelovedbyGod?Godlessscienceshitsonasaint.

Idon'tknow.PerhapsRaymonddeservestheprize.MRIwasfirstattemptedbyhimbuthisresultswereprettymuchuseless.Hisoriginalpaperhasbeendiscreditedbyfollowupresearch.Ipersonallyseenoconflictbetweenscienceandspiritualism,butputtingaChristianGodastheheadoftheuniverseistackyinmyopinion.Teachingthattherehasbeennoevolution,thatGenesiscontainsaliteralcosmology,wellthatisn'tscienceinanysenseIunderstand.I'llletGoddecidewhetherRaymondgetshisNobelornot…..6编辑ppt本讲座的主要内容：一、

电子顺磁共振的研究对象二、

电子顺磁共振的基本原理三、

电子顺磁共振波谱四、

电子顺磁共振仪2004研究生课程—EPR7编辑ppt一、

电子顺磁共振的研究对象EPR—研究对象三8编辑pptMagneticsubstancephoto-translationSuperconductorCatalystGlass-fiberMetalcomplexSemiconductorTeeth,BoneShell,CoralQuartz,AgingRadiationdefectsCoal,OilErosionLipidperoxideSODactivityAging,CancerSpinlabelFluidityCo-enzymeVitaminC,E,KImmunoassayDrugdetectionEnzymeIonomerConductingpolymerDegradationPolymerizationLiquidcrystalLBmembraneConductingmaterialsGasphaseESRBasicResearch&TechniqueO2NO2TransitionmetalionCombustionSpintrapActiveoxygenApplicationFieldsofESRSpectroscopyEPR—研究对象三

Organomagnetic9编辑pptEPR—研究对象三1、固体碱金属

2、自由基（radical）

含有一个未成对电子的化合物。

如：·CH3，SP3杂化；碱金属的核外价电子：nS110编辑pptEPR—研究对象三二苯基苦基肼基（DPPH)DiphenylPicrylHydrazyl

DPPH的ESR谱线：11编辑pptEPR—研究对象三

An+K(真空无水条件)An-+K+(用四氢呋喃作溶剂)

An+H2SO4(98%)An+

再如：蒽分子它本身是逆磁性分子

12编辑pptEPR—研究对象三其它相关的自由基化学：

13编辑pptEPR—研究对象三14编辑pptEPR—研究对象三15编辑pptEPR—研究对象三16编辑pptEPR—研究对象三17编辑pptBeer-FlavorStabilityEPR—研究对象三酒类：啤酒主要性能指标之一，lagtime18编辑pptEPR—研究对象三PBN-OH加合物的ESR谱线：19编辑ppt3、双基或多基

化妆品：如SOD，抗氧剂（防晒油等）；

烟草：清除烟草烟气自由基—有害成分；如何提香、降害？—烟草制品的改进方向。

这类化合物含有两个或两个以上未成对电子，且它们相距甚远，相互作用也很弱。EPR—研究对象三20编辑ppt两个碳上各有一个未偶电子，且被两个苯环隔开，相互作用很弱，是一个典型的双基，可以用EPR研究它。

4、顺磁性分子（含有未成对电子的分子）

如：NO，NO2，O2等分子，本身就具有未成对电子，是顺磁性的。

例如：EPR—研究对象三21编辑pptEPR—研究对象三22编辑ppt2O[(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]

分子轨道理论可以解释。如：O2分子：

5、三重态分子

这类化合物分子轨道上也有两个未偶电子，但其与双基不同，这两个电子彼此相距很近，有很强的相互作用。有两类：

1、激发三重态；如：萘激发三重态；2、基态就是三重态分子如：氧分子。

EPR—研究对象三23编辑pptEPR—研究对象三6、过渡金属和稀土元素

24编辑ppt过渡金属、稀土元素具有未充满的3d，4d，5d及4f壳层，核外有一个或一个以上的未成对电子。V23（4S23d3）V5+（3d0）无EPR信号V4+（3d1）有EPR信号Mn25（4S23d5）Mn5+（3d0）无EPR信号Mn2+（3d5）有EPR信号

EPR—研究对象三25编辑ppt过渡金属和稀土元素的EPR谱线特点：谱线复杂且谱线大多很宽，理论处理也较困难。原因：1、离子并非以自由形式存在，处在由配位体组成的晶场中；2、电子处在离子的d壳层中，它们的自旋运动和轨运动间有很强的“自旋—轨道偶合作用”。EPR—研究对象三26编辑ppt7、半导体中的空穴或电子

8、晶格缺陷

9、其它

如：V心、F心。

也可用EPR来作定量研究。

EPR在剂量学、年代学上的运用：C14（几万年）、热释光（几十万年）、EPR（上百万年）。

EPR—研究对象三27编辑pptEPR—研究对象三自