《電子順磁共振波譜：原理與套用》是一本2022年科學出版社出版的圖書，作者是蘇吉虎，杜江峰。
基本介紹
- 書名：電子順磁共振波譜：原理與套用
- 作者：蘇吉虎，杜江峰
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2022年4月1日
- 開本：32 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787030705747
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書是中國科學技術大學物理學院的研究生基礎課系列教材中的交叉學科分冊，也是基於電子自旋的物理、化學、生物、材料等學科交叉的一本專著。全書共8章，第1～5章分別是電子順磁共振波譜的基本原理、譜儀原理、各向同性、各向異性和脈衝理論等內容，第6、7章是化學、生物、材料等領域的套用範例，第8章重點介紹了套用電子順磁共振波譜解析基本生命活動中的電子傳遞。
圖書目錄
目錄
叢書序
前言
部分EPR資料庫
魔法五角形與g因子，各個p、d軌道函式之間的演化關係
第1章 電子順磁共振波譜的基本原理 1
1.1 電子順磁共振波譜概論 1
1.1.1 電子順磁共振波譜在整個波譜學中的地位 1
1.1.2 部分能量單位的相互換算 7
1.1.3 EPR常用物理量的稱謂和表述 8
1.1.4 EPR發展簡史 9
1.2 物質的磁性 10
1.2.1 原子核的磁性 10
1.2.2 電子的本徵磁矩和軌道磁矩 11
1.2.3 原子核外電子排布規律 12
1.2.4 原子總磁矩，自旋-軌道耦合，朗德因子gJ 16
1.2.5 巨觀物質的磁性 19
1.2.6 EPR與其他磁化率探測方法的比較 20
1.3 電子順磁共振的基本原理 21
1.3.1 經典小磁體的磁場作用能 21
1.3.2 電子自旋的磁場作用能 21
1.3.3 磁共振現象 23
1.3.4 g因子是共振吸收峰的指紋 26
1.3.5 EPR譜的規範描述 28
1.4 不確定性原理，譜型和展寬 29
1.4.1 洛倫茲譜型，自旋-晶格相互作用和弛豫時間T 129
1.4.2 高斯譜型，自旋-自旋相互作用和弛豫時間T 232
1.5 量子力學基礎 34
1.5.1 算符和力學量，正交性和歸一性 34
1.5.2 波函式和機率幅 36
1.5.3 升降算符，躍遷選擇定則 37
1.5.4 完整的和等效的自旋哈密頓算符H 40
1.5.5 久期方程 41
1.5.6 微擾理論 43
1.6 基本磁性粒子的物理性質 45
參考文獻 50
閱讀材料 51
第2章 譜儀原理和操作 57
2.1 躍遷和躍遷機率 57
2.1.1 靜磁場中的自旋角動量 57
2.1.2 含時微擾，躍遷機率，同相和異相 60
2.1.3 單量子躍遷，g因子的正與負 62
2.1.4 多量子躍遷 63
2.2 譜儀構造和工作原理 64
2.2.1 磁場系統，g值制約 64
2.2.2 微波波源 66
2.2.3 微波頻率，大氣透明視窗 67
2.2.4 微波功率 68
2.2.5 波導和波模 70
2.2.6 諧振腔，垂直和平行模式 73
2.2.7 諧振腔的品質因子，Q值 77
2.2.8 填充因子，連續波信號的形成 78
2.2.9 終端檢測系統，固有噪聲抑制 79
2.2.10 調製系統 80
2.2.11 鎖相放大器 81
2.2.12 其他部件 82
2.2.13 脈衝式譜儀簡介 82
2.2.14 新型的1～15GHz寬頻譜儀 83
2.3 靈敏度和譜儀操作 86
2.3.1 靈敏度，低、高頻EPR的簡要比較 87
2.3.2 操作X-波段譜儀的注意事項 88
2.3.3 樣品濃度，信號淬滅 93
參考文獻 96
閱讀材料 98
第3章 各向同性和自由基 102
3.1 各向同性 102
3.1.1 各向同性的g因子 103
3.1.2 各向同性的超精細相互作用 104
3.1.3 同位素豐度和同位素示蹤 111
3.2 烴基自由基 112
3.2.1 電子密度，自旋密度 113
3.2.2 氫原子，自旋布居 114
3.2.3 甲基自由基，自旋極化，自旋離域，α-H 115
3.2.4 乙基自由基，超共軛，β-H 117
3.2.5 其他開鏈烷基和單環烷基自由基 118
3.2.6 共軛自由基 120
3.2.7 含共軛結構的烴自由基 122
3.2.8 氘代影響著共軛自由基的電子結構 125
3.2.9 烴類自由基的譜圖解析，楊輝三角 126
3.2.10 碳族其他元素的自由基 128
3.2.11 理論計算和分子軌道理論 130
3.3 雜原子自由基 131
3.3.1 N中心自由基 132
3.3.2 O/S中心的醚/硫醚自由基 135
3.3.3 O中心的烷基醯/酮自由基 137
3.3.4 烷氧、酚、醌和半醌自由基 139
3.3.5 P和S中心自由基 140
3.3.6 部分雙原子、三原子等多核中心的自由基 142
3.3.7 共軛的雜環自由基 145
3.3.8 B或Al中心的有機自由基 148
3.3.9 含有多個N或P的共軛雜環自由基 150
3.4 氮氧自由基和自旋捕獲 151
3.4.1 NO-和NO2-中心自由基 151
3.4.2 自旋捕獲反應 156
3.4.3 MNP捕獲 161
3.4.4 DMPO捕獲 164
3.4.5 自由基轉變，捕獲劑的選擇 168
3.4.6 BMPO、DEPMPO及其衍生物的同分異構現象 172
3.4.7 PBN捕獲 174
3.4.8 金屬離子捕獲劑 175
3.5 自由基形成 176
3.5.1 中性自由基 176
3.5.2 陰離子自由基 179
3.5.3 陽離子自由基 180
3.5.4 自由基化學的展望 181
參考文獻 182
第4章 各向異性 186
4.1 晶體場中p和d軌道的能級分裂 186
4.1.1 s、p、d、f等原子軌道的空間取向 187
4.1.2 晶體場理論和d軌道能級分裂 187
4.1.3 過渡離子的高、低自旋，EPR沉默態和活躍態 192
4.1.4 p和d軌道角動量的淬滅 193
4.1.5 稀土離子 195
4.2 低自旋體系S=1/2的g各向異性 195
4.2.1 含單個未配對電子的自旋-軌道耦合 195
4.2.2 含兩個以上未配對電子的自旋-軌道耦合 197
4.2.3 低自旋體系S=1/2的g因子各向異性 199
4.2.4 粉末譜的規範標識 208
4.2.5 涉及分子軌道的雙原子自由基 210
4.2.6 有機自由基的g因子和紫外-可見光譜 212
4.2.7 π共價效應 213
4.2.8 NiIII離子隨不同配位而變的d軌道能級分裂 215
4.2.9 單晶譜和粉末譜，gij的規範標識和含義 216
4.3 低自旋體系的超精細耦合各向異性 220
4.3.1 孤立原子的超精細結構和零場EPR 220
4.3.2 S=1/2低自旋體系超精細相互作用的各向異性 222
4.3.3 A各向異性而g各向同性或各向異性的特徵譜圖 224
4.3.4 磁性核配體的有規取向，核間距離探測 227
4.3.5 A的二階效應，正負號，額外吸收峰 229
4.3.6 分子翻轉運動對各向異性譜型的影響 232
4.4 高自旋(S 1)體系 235
4.4.1 低場近似的S=3/2的高自旋體系 238
4.4.2 低場近似的S=5/2高自旋體系 241
4.4.3 低場近似的S=1,2,3,4,···高自旋體系 246
4.4.4 低場近似下簡單判斷自旋量子數S的方法 250
4.4.5 高場近似的S=1,2,3,···體系 251
4.4.6 高自旋體系的躍遷機率 253
4.4.7 高場近似時D值正與負的判斷 254
4.4.8 三重態基態的有機自由基 255
4.4.9 核電四極矩 257
4.5 交換作用和磁性物理 259
4.5.1 氫分子 261
4.5.2 原子間力，交換作用 262
4.5.3 含n個未配對電子的交換作用 264
4.5.4 交換耦合的雙核中心 267
4.5.5 三核和三核以上的交換耦合結構 272
4.5.6 有機自由基與過渡離子的弱交換耦合，裂分EPR信號 273
4.5.7 自由基淬滅和自旋中心轉移 276
4.6 三重態和雙自由基 278
4.6.1 光激發而成的三重態，自旋極化 278
4.6.2 雙自由基，交換變窄，交換展寬，高濃度樣品 281
4.7 氣相原子和分子的EPR 291
4.7.1 氣相單原子 291
4.7.2 雙原子分子和線性多原子分子 293
4.7.3 2Π的雙原子分子或自由基 295
參考文獻 300
第5章 脈衝EPR 310
5.1 理論基礎 311
5.1.1 右旋和左旋進動 311
5.1.2 旋轉坐標系 312
5.1.3 單脈衝，正交檢測 314
5.1.4 弛豫，布洛赫方程，自由感應衰減 315
5.1.5 Baker-Hausdorff公式，泊松括弧 317
5.1.6 自旋翻轉不對易，密度算符，泡利矩陣 319
5.2 單脈衝實驗 321
5.2.1 縱向和橫向弛豫時間 322
5.2.2 FID檢測 324
5.2.3 均勻和非均勻展寬 325
5.2.4 單脈衝實驗 327
5.3 自由演化 328
5.3.1 自旋哈密頓量，希爾伯特空間 329
5.3.2 單自旋和系綜，純態和混態，相干疊加 329
5.3.3 各向同性的電子-核雙自旋耦合系統，同相，反相 332
5.3.4 各向異性的電子-核雙自旋耦合系統 339
5.3.5 熱平衡態，非平衡態，動態極化 342
5.3.6 數據分析 344
5.4 多脈衝序列及主要套用 346
5.4.1 原初回波 347
5.4.2 T1對回波的影響，兩脈衝序列的套用 349
5.4.3 多脈衝組合中的回波，受激回波，盲點，相循環 350
5.4.4 電子自旋迴波包絡調製，盲點現象 352
5.4.5 電子-核雙、三共振，超精細增益 361
5.4.6 電子-電子雙共振，自旋標記和距離探測 366
5.4.7 與光激發相結合的脈衝EPR，瞬態EPR，拉比振盪 368
5.4.8 自旋弛豫 371
參考文獻 374
第6章 EPR範例(一) 379
6.1 s區原子 379
6.1.1 氫原子 380
6.1.2 鹼金屬原子 380
6.1.3 鹼土金屬+1價離子 381
6.1.4 銅族原子 381
6.1.5 鋅族+1價離子 381
6.1.6 硼族+2價離子 383
6.1.7 碳族+3價離子 383
6.1.8 氮族+4價離子 384
6.2 p區元素和輻射化學研究 385
6.2.1 p區原子和自由基 385
6.2.2 輻射化學研究 386
6.3 f區元素 388
6.3.1 fn組態的結構特徵 389
6.3.2 弱晶體場中的自旋哈密頓量 391
6.3.3 克拉默斯二重態離子 397
6.3.4 非克拉默斯二重態離子 405
6.3.5 4f7的S基態離子 406
6.3.6 稀土離子的摻雜和替代 409
參考文獻 410
第7章 EPR範例(二) 415
7.1 d區元素 415
7.1.1 過渡離子的高、中、低自旋態 417
7.1.2 兩種不同低自旋的Fe5+配合物 418
7.1.3 第四和五周期過渡元素的自旋-軌道耦合常數 423
7.1.4 單核過渡離子的自旋哈密頓量 423
7.2 單核中心 425
7.2.1 低自旋的ndq組態(q=1、3、5、7、9) 426
7.2.2 q=3、5、7的高自旋ndq組態 431
7.2.3 q=2、4、6、8的高自旋ndq組態 432
7.2.4 +3、+4、+5的錳離子，平行和垂直模式EPR 433
7.2.5 含血紅素的金屬蛋白和金屬酶 434
7.3 金屬團簇 438
7.4 傳導電子自旋共振，摻雜和缺陷 441
7.4.1 固體的能帶 441
7.4.2 第IVA族矽和鍺的摻雜 444
7.4.3 III-V化合物的摻雜 449
7.4.4 傳導電子自旋共振，Dysonian譜型 450
7.4.5 傳導電子自旋共振的套用 451
7.4.6 固體缺陷 453
7.4.7 金屬氧化物的點缺陷化學 456
7.4.8 點缺陷的締合和色心 461
參考文獻 463
第8章 生物中的電子過程 470
8.1 生物電子傳遞，輔酶和維生素 471
8.1.1 生物電子傳遞和自由基傳遞，能量轉換 472
8.1.2 輔酶和輔基 474
8.1.3 維生素，生物體內的氧還平衡 478
8.2 金屬蛋白和金屬酶 481
8.2.1 含鐵的金屬蛋白 483
8.2.2 含銅的金屬蛋白 498
8.2.3 含錳的金屬蛋白 514
8.2.4 含鎳、鈷的金屬蛋白 520
8.2.5 含鉬、鎢的金屬蛋白 535
8.2.6 含釩、鋅的金屬蛋白 540
8.2.7 過渡離子與配體的有規取向 541
8.3 放氧光合電子傳遞 543
8.3.1 光合或原初電子傳遞鏈，光合磷酸化 544
8.3.2 光系統II和光系統I的基本結構 546
8.3.3 光系統II的原初電子傳遞 549
8.3.4 細胞色素b6f，環式和非環式電子傳遞鏈 568
8.3.5 質藍素和細胞色素c6 571
8.3.6 PSI、Fd、FNR的電子傳遞，NADP+還原 572
8.3.7 跨膜質子動力勢，ATP合酶，Rubisco，CO2固定 576
8.3.8 類囊體膜的側向異質性，光合調控 579
8.4 線粒體呼吸鏈 581
8.4.1 呼吸作用，糖酵解，底物水平磷酸化 581
8.4.2 呼吸電子傳遞鏈，氧化磷酸化 583
參考文獻 599
附表1 部分基本物理量和數學常數的名稱、符號和值 632
附表2 磁性同位素，按核自旋量子數I由小到大排列 633
