一、电子顺磁共振EPR介绍

电子顺磁共振EPR/ESR可检测的物质有：

自由基、双基或多基、三重态分子、过渡金属离子和稀土离子、固体中的晶格缺陷和具有奇数电子和含有单电子的分子。

与NMR技术的不同是，NMR研究的是原子核，而EPR研究的是核外电子。

EPR属于波普学技术的一种，其中电磁波谱法（波普学）：

是将一定频率的电磁波（光或无线电波）与研究物质内部分子、原子核或者电子等相互作用，引起物质的某一个物理量的变化。

在次过程中，物质吸收外加电磁波的能量，从低能级跃迁到较高能级，同时也可以从较高能级受辐射而跃迁到相应的低能级。（被吸收的电磁波频率或者波长取决于高低能级见的能级差）EPR发生的基本要素：具有未成对电子的样品、外加静磁场和微波场。

电子顺磁共振EPR的基本原理：

电子是具有一定质量和带负电荷的一种基本粒子，它能进行两种运动；一种是在围绕原子核的轨道上运动，另一种是对通过其中心的轴所作的自旋。

由于电子的运动产生力矩，在运动中产生电流和磁矩。在外加恒磁场H中，电子磁矩的作用如同细小的磁棒或磁针，由于电子的自旋量子数为1/2，故电子在外磁场中只有两种取向：一与H平行，对应于低能级，能量为-1/2gβH；一与H逆平行，对应于高能级，能量为+1/2gβH，两能级之间的能量差为gβH，其中这个现象称为塞曼效应，如图1所示。

若在垂直于H的方向，加上频率为v的电磁波使恰能满足hv=gβH（B）这一条件时，低能级的电子即吸收电磁波能量而跃迁到高能级，此即所谓电子顺磁共振，如图2所示。

在上述产生电子顺磁共振的基本条件中，h为普朗克常数，g为波谱分裂因子（简称g因子或g值），β为电子磁矩的自然单位，称玻尔磁子。以自由电子的g值=2.00232，β=9.2710×10-21尔格/高斯，h=6.62620×10-27尔格·秒，代入上式，可得电磁波频率与共振磁场之间的关系式：（高斯）= 2.8025（兆赫）。

图1 电子在静磁场中的塞曼效应。

图2共振吸收图

图3 不同自由基的EPR信号峰。

参考文献

1. 薛鸿庆．电子顺磁共振：《自然杂志》，1981 (12) ：54-582.

2. 郭德勇 ， 韩德馨．构造煤的电子顺磁共振实验研究：《中国矿业大学学报》，1999 , 28 (1) ：94-97