電子順磁共振實(shí)驗(yàn)

1、 近代物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 電子順磁共振 姓名： 張 超 學(xué)號(hào)： 3110831032 指導(dǎo)老師： 解光勇 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、 在了解電子自旋共振原理的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)用微波頻段檢查電子自旋共振信號(hào)的方法。2、 觀察共振信號(hào)波形，李薩如圖形和色散圖形。3、 測(cè)定中電子的因子。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、 將樣品插在示波器的小孔中；2、 打開(kāi)電源，將示波器的輸入通道打在直流（）檔上；3、 調(diào)節(jié)檢波器中的旋鈕，使直流（）信號(hào)輸出最大；4、 調(diào)節(jié)端路活塞，再使直流（）信號(hào)輸出最??；5、 將示波器的輸入通道打在交流（）檔上，幅度為5檔；6、 這是在示波器就可以觀察到共振信號(hào)，但此時(shí)的信號(hào)不一定為最強(qiáng)，可以在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)

2、端路活塞與檢波器，也可以調(diào)節(jié)樣品在磁場(chǎng)中的位置（樣品在磁場(chǎng)中心處為最佳狀態(tài)），使信號(hào)達(dá)到一個(gè)最佳的狀態(tài)；7、 信號(hào)調(diào)出以后，關(guān)機(jī)，將阻抗匹配器接在環(huán)型器中的（）端與鈕波導(dǎo)中間，開(kāi)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)阻抗匹配器上的旋鈕，就可以觀察到吸收或色散波形；8、 由磁鐵感應(yīng)強(qiáng)度，微波頻率，根據(jù)，計(jì)算出旋磁比，又因?yàn)?，所以有：，?jì)算出朗德g因子值?！緦?shí)驗(yàn)儀器】電子順磁共振譜儀、示波器等。實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)的實(shí)際儀器圖如下圖所示電子順磁共振譜儀有諧振腔、微波源、隔離器、環(huán)形器、晶體檢波器、扭波導(dǎo)、短路活塞和阻抗調(diào)配器八部分組成?！緦?shí)驗(yàn)原理】 電子自旋共振(ESR)或電子順磁共振(EPR)，是指在穩(wěn)恒磁場(chǎng)作用下，具有未成對(duì)電子

3、的物質(zhì)置于靜磁場(chǎng)中，由于電子自旋磁矩與外部磁場(chǎng)相互作用導(dǎo)致電子的基態(tài)發(fā)生塞曼能級(jí)分裂：（為波爾磁矩，為無(wú)量綱參數(shù)）；當(dāng)在垂直于靜磁場(chǎng)方向上所加橫向電磁波的量子能量等于時(shí)，滿(mǎn)足共振條件，此時(shí)未成對(duì)電子由下能級(jí)躍遷上能級(jí)。1944年，蘇聯(lián)物理學(xué)家扎沃伊斯基首次從、等順磁性鹽類(lèi)發(fā)現(xiàn)。電子自旋共振（順磁共振）研究主要對(duì)象是化學(xué)自由基、過(guò)渡金屬離子和稀土離子及其化合物、固體中的雜質(zhì)缺陷等，通過(guò)對(duì)這類(lèi)順磁物質(zhì)電子自旋共振波譜的觀測(cè)（測(cè)量因子、線(xiàn)寬、弛豫時(shí)間、超精細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)等），可了解這些物質(zhì)中未成對(duì)電子狀態(tài)及所處環(huán)境的信息，因而它是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要工具。 既然總磁矩的空間取向是量子化的，磁

4、矩與外磁場(chǎng)的相互作用能也是不連續(xù)的。其相應(yīng)的能量為 （1）不同磁量子數(shù)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)上的電子具有不同的能量。各磁能級(jí)是等距分裂的，兩相鄰磁能級(jí)之間的能量差為 （2）當(dāng)垂直于恒定磁場(chǎng)的平面上同時(shí)存在一個(gè)交變的電磁場(chǎng)，且其角頻率滿(mǎn)足條件：，即 （3）時(shí)，電子在相鄰的磁能級(jí)之間將發(fā)生磁偶極共振躍遷。從上述分析可知，這種共振躍遷現(xiàn)象只能發(fā)生在原子的固有磁矩不為零的順磁材料中，稱(chēng)為電子順磁共振。【實(shí)驗(yàn)步驟】1、 按要求連接好實(shí)驗(yàn)儀器；2、 接通電源，打開(kāi)儀器開(kāi)關(guān)；3、 信號(hào)調(diào)出以后，關(guān)機(jī)，將阻抗匹配器接在環(huán)型器中的（）端與鈕波導(dǎo)中間，開(kāi)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)阻抗匹配器上的旋鈕，就可以觀察到吸收或色散波形；4、 拍下

5、示波器上的吸收波形；5、 拍完吸收波形后，調(diào)節(jié)示波器，再觀察李薩如圖形；6、 拍下觀察到的李薩如圖形?！咀⒁馐马?xiàng)】1、注意保護(hù)好電磁鐵磁極表面；2、實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器不要生拉硬拽避免損壞接線(xiàn)；3、注意保持微波系統(tǒng)水平，樣品腔應(yīng)調(diào)至磁場(chǎng)中心位置；4、調(diào)節(jié)微波信號(hào)時(shí)，注意要緩慢調(diào)節(jié)各部分旋鈕，并要時(shí)刻注意波形變化。【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】1、觀察到的吸收波形如下圖所示，圖中縱坐標(biāo)表示邊限振蕩器檢波輸出信號(hào)。2、觀察到的李薩如圖形如下圖所示實(shí)驗(yàn)中所得到的共振吸收波形和李薩如圖形和講義上所給的圖形在誤差允許的范圍內(nèi)是基本吻合的?！緦?shí)驗(yàn)分析】電子順磁共振（EPR）是由不配對(duì)電子的磁矩發(fā)源的一種磁共振技術(shù)，可用于從定性和定量方面檢測(cè)物質(zhì)原子或分子中所含的不配對(duì)電子，并探索其周?chē)h(huán)境的結(jié)構(gòu)特性。核磁共振（NMR）是磁矩不為零的原子核，在外磁場(chǎng)作用下自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過(guò)程。核磁共振波譜學(xué)是光譜學(xué)的一個(gè)分支，其共振頻率在射頻波段，相應(yīng)的躍遷是核自旋在核塞曼能級(jí)上的躍遷。電子順磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的區(qū)別：1、 EPR和NMR是分別研究電子磁矩和核磁矩在外磁場(chǎng)中重新取向所需的能量；2、 EPR的共振頻率在微波波段，NMR共振頻率在射頻波段；3、 E