загрузка...
загрузка...
На головну

Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР)

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

В основі магнітного резонансу лежить резонансне (виборче) поглинання радіочастотного випромінювання атомними частинками, поміщеними в постійне магнітне поле. Більшість елементарних частинок, подібно дзиги, обертаються навколо власної осі. Якщо частка має електричний заряд, то при її обертанні виникає магнітне поле, т. Е. Вона поводиться подібно крихітному магніту. При взаємодії цього магнітика із зовнішнім магнітним полем відбуваються явища, що дозволяють отримати інформацію про ядрах, атомах або молекулах, до складу яких входить дана елементарна частинка. Метод магнітного резонансу є універсальний інструмент досліджень, застосовуваний в настільки різних областях науки, як біологія, хімія, геологія і фізика. Розрізняють магнітні резонанси двох основних видів: електронний парамагнітний резонанс і ядерний магнітний резонанс.

Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) був відкритий Євгеном Костянтиновичем Завойський в Казанському Університеті в 1944 році. Він зауважив, що монокристал , Поміщений в постійне магнітне поле (4 мТл) поглинає мікрохвильове випромінювання певної частоти (близько 133 МГц).

Суть даного ефекту полягає в наступному. Електрони в речовинах ведуть себе як мікроскопічні магніти. Якщо помістити речовина в постійне зовнішнє магнітне поле і впливати на нього радіочастотним полем, то в різних речовинах вони будуть переорієнтуватися по-різному і поглинання енергії буде виборчим. Повернення електронів до вихідної орієнтації супроводжується радіочастотним сигналом, який несе інформацію про властивості електронів і їх оточенні.

Розщеплення Зеемана відповідає радіочастотного діапазону. Ширина ліній спектра розщепленого стану визначається взаємодією спинив електронів з їх орбітальними моментами. Це визначає час релаксаційних коливань атомів як результат їх взаємодії з оточуючими атомами. Тому ЕПР може служити засобом дослідження структури внутрішньої будови кристалів і молекул, механізму кінетики хімічних реакцій і інших задач.

Мал. 5.5 Прецессия магнітного моменту (М) парамагнетика в постійному магнітному полі .

Мал. 5.5 ілюструє явище прецесії електрона в магнітному полі. Під дією обертального моменту, створюваного полем , Магнітний момент здійснює кругові обертання по котра утворює конуса з ларморовской частотою . При накладенні змінного магнітного поля, вектор напруженості здійснює круговий рух з ларморовской частотою в площині, перпендикулярній вектору . При цьому змінюється кут прецесії, що приводить до перекидання магнітного моменту (М). Збільшення кута прецесії супроводжується поглинанням енергії електромагнітного поля, зменшення кута - Випромінюванням з частотою .

Практично зручніше використовувати момент настання різкого поглинання енергії зовнішнього поля при постійній частоті і змінною індукції магнітного поля. Чим сильніше взаємодія між атомами, молекулами тим ширше спектр ЕПР. Це дозволяє судити про рухливості молекул, в'язкості середовища (>).

Мал. 5.6 Залежність поглинання енергії зовнішнього поля речовиною від величини його в'язкості.

, , (5.4)

, (5.5)

- Гіромагнітне відношення.

Наприклад, при частота електромагнітного впливу повинна знаходитися в межах .

Даний метод, який представляє собою один з видів спектроскопії, застосовується при дослідженні кристалічної структури елементів, хімії живих клітин, хімічних зв'язків в речовинах і т. Д.

На рис. 5.6 представлена структурна схема ЕПР-спектрометра. Принцип його роботи заснований на вимірюванні ступеня резонансного поглинання речовиною проходить через нього електромагнітного випромінювання при змінній напруженості зовнішнього магнітного поля.

Мал. 5.7 Схема спектрометра ЕПР (а) і розподіл силових ліній магнітного та електричного полів у резонаторі. 1 - генератор мікрохвильового випромінювання, 2 - хвилевід, 3 резонатор, 4 - магніт, 5 - детектор мікрохвильового випромінювання, 6 - підсилювач сигналу ЕПР, 7 - самописці (ЕОМ або осцилограф).

Відкриття ЕПР послужило основою для розробки ряду інших методів вивчення будови речовин, таких як акустичний парамагнітний резонанс, феро-і антиферомагнітний резонанс, ядерний магнітний резонанс. при явищі акустичного парамагнітного резонансу переходи між підрівнями ініціюються накладенням високочастотних звукових коливань; в результаті виникає резонансне поглинання звуку.

Застосування методу ЕПР дало цінні дані про будову стекол, кристалів, розчинів; в хімії цей метод дозволив встановити будова великої кількості з'єднань, вивчити ланцюгові реакції і з'ясувати роль вільних радикалів (молекул, що володіють вільною валентністю) в появі і протіканні хімічних реакцій. Ретельне вивчення радикалів призвело до вирішення ряду питань молекулярної і клітинної біології.

Метод ЕПР - дуже потужний дослідницький інструмент, він практично незамінний при вивченні змін в структурах, в тому числі і в біологічних. Чутливість методу ЕПР дуже висока і становить парамагнітних молекул. На застосуванні ЕПР заснований пошук нових речовин для квантових генераторів; явище ЕПР використовується для генерації надпотужних субміліметрових хвиль.

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Читайте також:

Дослідження хімічних і біологічних процесів на поверхні кантільовери. Хемосорбція низькомолекулярних речовин і поверхневі хімічні реакції

Пропріоцептивна чутливість, відчуття, сприйняття

Соматовісцеральной сенсорна система. Соматовісцеральной система.

Приклади створення і область застосування мікро- і нанодатчіков

Ефект Мейснера і його практичне застосування

електромеханічна пам'ять

Резонатори на ПАР

Фізичні основи застосування явища надпровідності в вимірювальних приладах

Повернутися в зміст: фізичні явища

Всі підручники

© om.net.ua