高二物理競賽電子順磁共振課件

當把具有未成對電子的物質(zhì)置于外磁場B中，會發(fā)生因電子自旋磁矩與外磁場相互作用而產(chǎn)生的塞曼分裂，分裂的能級同原能級的差值為：相鄰能級的間隔為：一、電子順磁共振(ElectronParamagneticResonance)1、

電子順磁共振磁共振的分類：電子順磁共振（EPR）：hv＝gμBB

（GHz）核磁共振（NMR）：hv＝gμNB

（MHz)）具有磁矩的原子稱為順磁原子.順磁質(zhì)原子受到外加交變磁場作用而劇烈吸收能量的現(xiàn)象,叫順磁共振.實質(zhì):電子自旋磁矩與外磁場相互作用產(chǎn)生塞曼分裂.1、核磁共振NMRNMR核磁共振：原子核自旋磁矩與磁場相互作用引起的能級分裂。共振條件：h=gINB，核磁共振所用電磁波的波長在米量級。電子對外磁場的屏蔽作用，化學環(huán)境不同屏蔽情況也不同。化學位移有機化合物主要由C、O、H組成。12C和16O都是偶偶核，核自旋為零，對NMR沒有貢獻，1H的NMR最為顯著。核磁共振診斷軟組織病變，因為正常組織和病變組織中H密度不一樣。物質(zhì)的磁性抗磁性順磁性鐵磁性物質(zhì)據(jù)磁性分為：有些物質(zhì)放在磁場中磁化后，它的宏觀磁矩的方向同磁場的方向相反，這類物質(zhì)稱為抗磁性的。磁化率為負。有些物質(zhì)放在磁場中磁化后，它的宏觀磁矩的方向同磁場的方向相同，這類物質(zhì)稱為順磁性的。磁化率為正。某些物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳和某些稀土元素以及好多種氧化物，在外磁場中磁化后，顯示出比順磁性強得多的磁性，且去掉磁場后還保留磁性，這種現(xiàn)象稱鐵磁性。磁疇沿磁場方向有序排列顯示強磁性。磁化率>>0。NNSSHNSNSH抗磁性順磁性

物質(zhì)的磁性與原子、分子的結構有關，總磁矩等于零的原子或分子都表現(xiàn)出抗磁性；總磁矩不等于零的原子或分子都表現(xiàn)出順磁性?？勾判源艌鰧﹄娮榆壍肋\動起作用的結果。電子軌道運動在磁場中會發(fā)生旋進。旋進角動量方向是磁場方向，與電子軌道運動的速度和方向無關。在同一磁場下，旋進的速度是常數(shù)，原子中所有電子構成一個整體繞磁場旋進，形成一個電的環(huán)流。電子帶負電，所以正電環(huán)流產(chǎn)生的磁矩的方向與磁場方向相反，這就是抗磁性的來源！抗磁性朗之萬(P.Langevin)據(jù)上述抗磁性機理得到抗磁性磁化率公式：是單個原子的抗磁性磁化率；Z是電子環(huán)流的個數(shù)，相當于核電荷數(shù)；是電子距離原子核的距離r的平方的平均值。單位體積的抗磁性磁化率等于乘以單位體積中的原子數(shù)；一摩爾原子的抗磁性磁化率等于乘以阿伏伽德羅常數(shù)。任何原子或分子都具有抗磁性，但是對于原子，只有在S=L=0，從而μL=μS=0的情況下，抗磁性才顯現(xiàn)出來。順磁性具有磁矩的原子(J≠0)在磁場中各種取向的平均效果。順磁性磁化率同絕熱溫度成反比——居里定律。是單個原子的順磁性磁化率。是在絕對溫度T下，單個原子在磁場方向的平均磁矩。單位體積的順磁性磁化率等于乘以單位體積中的原子數(shù)；一摩爾原子的順磁性磁化率等于乘以阿伏伽德羅常數(shù)。順磁性順磁性磁化率比抗磁性磁化率大2~3個數(shù)量級。J≠0的原子在磁場作用下即有抗磁性也有順磁性。J=0的原子在磁場作用下只存在抗磁性。宏觀物體磁性的基礎是原子的磁性，但是宏觀物體的磁性不一定同原子的磁性一致；由分子組成的物體的磁性決定于分子；固體的磁性還和固體的機構有關。圓偏振右旋左旋原子和發(fā)出的光子作為整體的角動量是守恒的。光的角動量()方向和電矢量旋轉(zhuǎn)方向組成右手螺旋定則光的角動量方向光的角動量方向例2

討論Na雙線：，在外場中的分裂解：躍遷選擇定則：

(除外)(1)：1/2-1/2：1/2-1/2

0,+1,-1

，分為4條。(2)格羅春圖：3/21/2-1/2-3/2

：1/2-1/2

0,+1,-1

，分為六條。討論1.EPR測量原子基態(tài)朗德因子g；2.EPR波譜精細結構：多個共振吸收峰，反映原子受鄰近原子的作用情況，研究分子、固體、液體內(nèi)部結構；3.EPR波譜超精細結構：受原子核磁矩的影響，一個磁能級分裂為2I+1(I<J)或2J+1(I>J)個超精細結構能