第六章第二次.ppt

1、6.4顺磁共振(EPR),电子自旋共振(ESR),1.定义:,顺磁质原子受到外加加变磁场作用而剧烈吸收能量的现象,叫顺磁共振.,2.实质:,电子自旋磁矩与外磁场相互作用产生塞曼分裂.,具有磁矩的原子称为顺磁原子.,顺磁原子中磁场中分裂为数层.,当两相邻能级间隔,这时两相邻能级间有跃迁,可用仪器测量.,3.实验装置示意图:,顺磁共振最初是在射频电路中观测的，后来为了提高灵敏度从提高频率着手，于是微波系统取代了射频电路。微波顺磁共振实验是在三厘米频段（9370MHz附近）进行电子自旋共振实验的。,实验观测达到的是该电子的自旋共振现象.,实验中的样品为DPPH(Di-Phehyl Picryl Hy

2、drazal),叫做二苯基苦酸基联氨，分子式为(C6H5)2N-NC6H2(NO2)3,其结构如图所示，在第二个氮原子上存在一个未偶电子:自由基，,事实上,在中间的N原子少一个共价键,有一个未偶电子,或者说有一个未配对的自由电子,这个自由电子就是实验研究的对象,它无轨道磁矩,因此实验中观察到的是电子自旋共振的情况,故通常又称为电子自旋共振（ESR）, 由于DPPH中的“自由电子并不是完全自由的, 故其g因子值不等于2.0023,而是2.0036.,实验的交变电磁场用超高频电磁波实现.,Cm数量级波长的电磁波是微波波段.,实验时频率固定,改变H,使上式满足时,则发生了顺磁共振,此时可观察到电磁波

3、的吸收和色散现象.,电子自旋共振能级分裂示意图,顺磁共振波谱反映了原子受邻近原子作用的情况,已经成为研究固体,液体分子结构的很好的方法.,顺磁共振波谱精细结构:,顺磁共振波谱超精细结构:,一个共振峰又分裂成为几个挨近的峰.,这是由于原子核磁矩影响而产生的,核磁矩 在足够强的磁场中可有 个取向, 是核角动量量子数,因此,顺磁共振也可以用来测量核角动量量子数.,关于核磁共振,6.5 塞曼效应,引入:光源在磁场中,谱线有怎样表现?,中心:塞曼效应公式:,一. 塞曼效应观察.,纵效应:沿B的方向观察,B的方向指向观察者.,横效应:在垂直于B的方向观察.,圆偏振光,圆偏振光,线偏振光,偏振转向,偏振转向

4、,在垂直于B的方向观察.,在平行于B的方向观察,则中间的线不出现.,二.塞曼效应理论解释:,1.原子能级在磁场中分裂成2J+1层,每层与无磁场时的能级位移为,设原先的谱线由E2和E1间跃迁产生:,在磁场中,新谱线频:,2.选择定则:,3.格罗春图:,讨论: 1.比较正常塞曼效应和反常塞曼效应,分裂方式 三条 不统一,磁场强弱 无关 弱场,朗德因子 g=1 无定值,2.现在也发现与正常塞曼效应分裂方式不一定是三条.,3.外场强弱是相对的.,例如:导致钠D线分裂的内磁场为18T,导致锂主线系第一条谱线分裂的内磁场为0.33T,所以3T的外磁场对钠是弱场,对锂是强场.,Li主线系第一条双线: 6707.85 ,6708.00,6707.85 ,6708.00精细结构裂距:,轨道磁矩与外磁场耦合引起的最小裂距:,所以3T的外磁场对对锂是强场.,对钠,3T的外磁场对钠是弱场.,三.偏振解释:,已知原子在磁场中,角动量,原子和发射的光子作为整体,角动量要守恒,必有磁场方向为 的角动量出现,即沿B方向,且指向观察者时,光子角动量相当于反时针.,必有磁场反方向为 的角动量出现,即沿B方向,且指向观察者时,光子角动量相当于顺时针.,原子和发射的光子作为整体,角动量要守恒.,这