EPR电子顺磁共振教程课件

1、阅读参考书：1、范康年主编，谱学导论，高教出版社 ，20012、裘祖文，电子自旋共振波谱，科学出版社， 19803、张建中等，自旋标记ESR波谱的基本理论和应用，科学出版社 ，19874、陈贤镕，电子自旋共振实验技术，科学出版社 ，19865、石津和彦 等，实用电子自旋共振简明教程（生命科学专业适用），南开大学出版社，19926、张建中等，磁共振教程，中国科大出版社 ，19962004研究生课程 EPR第1页，共31页。电子顺磁共振（EPR）历史： 1945年，前苏联物理学家，柴伏依斯基/或称扎伏伊斯基 (Zavoisky, N.K.) 观察发现的。 2004研究生课程 EPR第2页，共31页

2、。2004研究生课程 EPR 它是直接检测和研究含有未成对电子顺磁性物质的一种光谱学技术 。 Electron Paramagnetic Resonance, EPR, is a spectroscopic technique, which detects species that have unpaired electrons. It is also often called ESR, Electron Spin Resonance, ESR. 电子顺磁共振:第3页，共31页。因磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖科学家1944年 I.S. Rabi 1952年 F. Bloch, E.M. Pu

3、rcell1955年 W.E. Lamb, P. Kusch 1964年 C.H. Townes1966年 A. Kastler 1977年 J.H. Van Vleck1981年 N. Bloembergen 1983年 H. Taube1989年 N.F. Ramsey 1991年 R.R. Ernst2002年 K. Wthrich 2003年 P.C. Lauterbur, S. P. Mansfield（到今年为止）2004研究生课程 EPR第4页，共31页。Nobody loves Raymond (Damadian) The Nobel Prize in Medicine did

4、 NOT go to Raymond Damadian, and he is mad as hell. Mad enough to take out advertisements in the NY Times and the Washington Post. . (the way it is still done today). Raymond wasnt detoured he thinks outside the box. So he did some experimentation gathered up a set of data and published a nice bit o

5、f original work. He still didnt have a machine that we would call a modern MRI. The data his machine produced was not a pretty picture, nor could his results and conclusions be verified. But he did publish that paper. It got others thinking and involved with MRI. Other people who actually produced p

6、ractical working MRI devices. Our boy Ray couldnt get his machine to work very well, for years he couldnt. He did however get a patent. With that patent he spent years chasing GE Medical Systems through the courts. He and his lawyers got over $100 million dollars from them in the end. His company ev

7、entually did produce an MRI device that could be sold on the market. My title is misleading there is a group of individuals who love Raymond. It is the Creation Science community. Now the controversy is Was Raymond snubbed by Nobel Committee because he is beloved by God? Godless science shits on a s

8、aint. I dont know. Perhaps Raymond deserves the prize. MRI was first attempted by him but his results were pretty much useless. His original paper has been discredited by follow up research. I personally see no conflict between science and spiritualism, but putting a Christian God as the head of the

9、 universe is tacky in my opinion. Teaching that there has been no evolution, that Genesis contains a literal cosmology, well that isnt science in any sense I understand. Ill let God decide whether Raymond gets his Nobel or not.第5页，共31页。本讲座的主要内容：一、 电子顺磁共振的研究对象二、 电子顺磁共振的基本原理三、 电子顺磁共振波谱四、 电子顺磁共振仪2004研究

10、生课程 EPR第6页，共31页。一、 电子顺磁共振的研究对象EPR研究对象三第7页，共31页。Magnetic substancephoto-translationSuperconductorCatalystGlass-fiberMetal complexSemiconductorTeeth, BoneShell, CoralQuartz, AgingRadiationdefectsCoal, OilErosionLipid peroxideSOD activityAging, CancerSpin labelFluidityCo-enzymeVitamin C, E, KImmunoassa

11、yDrug detectionEnzymeIonomerConducting polymerDegradationPolymerizationLiquid crystalLB membraneConducting materialsGas phaseESR Basic Research & TechniqueO2 NO2Transition metal ionCombustionSpin trapActive oxygenApplication Fields of ESR SpectroscopyEPR研究对象三 Organomagnetic第8页，共31页。EPR研究对象三1、固体碱金属 2

12、、自由基（radical） 含有一个未成对电子的化合物。 如：CH3，SP3杂化；碱金属的核外价电子：nS1第9页，共31页。EPR研究对象三二苯基苦基肼基（DPPH) Diphenyl Picryl Hydrazyl DPPH的ESR谱线：第10页，共31页。EPR研究对象三 An + K (真空无水条件) An- + K+ (用四氢呋喃作溶剂) An + H2SO4 (98%) An+ 再如：蒽分子它本身是逆磁性分子 第11页，共31页。EPR研究对象三其它相关的自由基化学： 第12页，共31页。EPR研究对象三第13页，共31页。EPR研究对象三第14页，共31页。EPR研究对象三第15

13、页，共31页。EPR研究对象三第16页，共31页。Beer-Flavor StabilityEPR研究对象三酒类：啤酒主要性能指标之一，lag time第17页，共31页。EPR研究对象三PBN-OH加合物的ESR谱线：第18页，共31页。 3、双基或多基 化妆品：如SOD，抗氧剂（防晒油等）； 烟草：清除烟草烟气自由基有害成分；如何提香、降害？烟草制品的改进方向。 这类化合物含有两个或两个以上未成对电子，且它们相距甚远，相互作用也很弱。EPR研究对象三第19页，共31页。两个碳上各有一个未偶电子，且被两个苯环隔开，相互作用很弱，是一个典型的双基，可以用EPR研究它。 4、顺磁性分子（含有未成

14、对电子 的分子） 如：NO，NO2，O2等分子，本身就具有未成对电子，是顺磁性的。 例如：EPR研究对象三第20页，共31页。EPR研究对象三第21页，共31页。 2O (1S)2 (2S)2 (2P)4 O2 KK(2s)2(*2s)2(2p)2(y2p)2(z2p)2(y*2p)1(z*2p)1 分子轨道理论可以解释。如：O2分子： 5、三重态分子 这类化合物分子轨道上也有两个未偶电子，但其与双基不同，这两个电子彼此相距很近，有很强的相互作用。有两类： 1、激发三重态；如：萘激发三重态；2、基态就是三重态分子如：氧分子。 EPR研究对象三第22页，共31页。EPR研究对象三6、过渡金属和稀

15、土元素 第23页，共31页。过渡金属、稀土元素具有未充满的3d，4d，5d及4f壳层，核外有一个或一个以上的未成对电子。 V23（4S23d3） V5+（3d 0）无EPR信号 V4+（3d 1）有EPR信号Mn25（4S23d5） Mn5+ （3d 0）无EPR信号 Mn2+ （3d 5）有EPR信号 EPR研究对象三第24页，共31页。过渡金属和稀土元素的EPR谱线特点： 谱线复杂且谱线大多很宽，理论处理也较困难。原因：1、离子并非以自由形式存在，处在由配位体组成的 晶场中；2、电子处在离子的d壳层中，它们的自旋运动和轨运 动间有很强的“自旋轨道偶合作用”。 EPR研究对象三第25页，共3

16、1页。7、半导体中的空穴或电子 8、晶格缺陷 9、其它 如：V心、F心。 也可用EPR来作定量研究。 EPR在剂量学、年代学上的运用： C14（几万年）、热释光（几十万年）、EPR（上百万年）。 EPR研究对象三第26页，共31页。EPR研究对象三自然辐照年剂量D的确定是个比较复杂的过程，一般用热释光剂量片，或放射性同位素如：U-Th,14C半衰期等来确定。第27页，共31页。Paramagnetization MethodEPR研究对象三第28页，共31页。EPR研究对象三第29页，共31页。 A、快速冷冻法 如：低温检测（液氮、液氦温度） B、 自旋捕获法（Spin Trapping） 用捕获剂与自由基加合，生成长寿命稳定的自由基， 然后对其进行研究。 C、 连续流动法 使用连续流动样品池，如