基本介紹
- 中文名：電子自旋簡併分裂
- 外文名：Electron spin degenerate splitting
背景簡介,原理介紹,
背景簡介
電子自旋簡併分裂( ESR) 是用來測定未成對電子與其環境相互作用的一種物理方法。當未成對電子在不同的原子或化學鍵上, 或附近有不同的基團即具有不同的化學環境時, 其電子自旋簡併分裂光譜就可以詳細地反映出來, 並且不受其周圍反磁性物質( 如有機配體) 的影響。自 1944 年發現電子自旋簡併分裂以來, 很快被套用到化學研究中, 特別是近年在生物體內的各種蛋白酶如銅鋅超氧化物歧化酶等[1]的活性中心金屬離子所處化學環境的研究中得到了廣泛套用。
ESR已成功地被套用於順磁物質的研究，目前它在化學、物理、生物和醫學等各方面都獲得了極其廣泛的套用。例如發現過渡族元素的離子；研究半導體中的雜質和缺陷；離子晶體的結構；金屬和半導體中電子交換的速度以及導電電子的性質等。所以，ESR也是一種重要的控物理實驗技術。
原理介紹
任何電子均具有特徵的自旋角動量s和相應的自旋磁矩μs= gsμB, g 是光譜分裂因子, 對自由電子, g= 2.0023, s= 1/ 2。沒有磁場時, 自由電子在任何方向均具有相同的能量, 故可以自由取向, 但處在外磁場中時, 電子的自旋磁矩和外磁場發生作用, 電子的自旋磁矩在不同的方向就具有不同的能量, Ems= gμBmsB ,μB為玻爾磁子, B 是外加磁場, 這種分裂叫作Zeeman分裂。磁能級躍遷的選擇定則是 △ms = 0±1。若在垂直於外磁場 B 的方向上加上頻率為ν 的電磁波, 使電子得到能量hν, 則ν 和 B 滿足 hν= gμBB 時, 就發生磁能級躍遷, 在相應的吸收曲線( 即ESR 光譜曲線) 上出現吸收峰, 即發生電子自旋簡併分裂吸收, g= hν/ μBB, g 值是由不成對電子所處的化學環境即化合物的電子結構決定, 每個化合物均具有特定的 g 值, 它與核磁簡併分裂中的化學位移相當。高對稱性分子, g值是各向同性的, 即只有一個 g 值; 低對稱性分子, 如果是含有一個不低於三次的對稱軸的軸對稱分子, 可以得到 g〦 和 g‖ 兩個 g 值, 其中〦 和‖分別表示垂直於和平行於外磁場。如果是最高只含有二次對稱軸的軸對稱分子, 則有 gz、gy、gx三個 g 值來描述, 其中 z 表示外磁場方向。因此 g 值可以探索化合物的結構。
