高二物理竞赛电子顺磁共振课件

当把具有未成对电子的物质置于外磁场B中，会发生因电子自旋磁矩与外磁场相互作用而产生的塞曼分裂，分裂的能级同原能级的差值为：相邻能级的间隔为：一、电子顺磁共振(ElectronParamagneticResonance)1、

电子顺磁共振磁共振的分类：电子顺磁共振（EPR）：hv＝gμBB

（GHz）核磁共振（NMR）：hv＝gμNB

（MHz)）具有磁矩的原子称为顺磁原子.顺磁质原子受到外加交变磁场作用而剧烈吸收能量的现象,叫顺磁共振.实质:电子自旋磁矩与外磁场相互作用产生塞曼分裂.1、核磁共振NMRNMR核磁共振：原子核自旋磁矩与磁场相互作用引起的能级分裂。共振条件：h=gINB，核磁共振所用电磁波的波长在米量级。电子对外磁场的屏蔽作用，化学环境不同屏蔽情况也不同。化学位移有机化合物主要由C、O、H组成。12C和16O都是偶偶核，核自旋为零，对NMR没有贡献，1H的NMR最为显著。核磁共振诊断软组织病变，因为正常组织和病变组织中H密度不一样。物质的磁性抗磁性顺磁性铁磁性物质据磁性分为：有些物质放在磁场中磁化后，它的宏观磁矩的方向同磁场的方向相反，这类物质称为抗磁性的。磁化率为负。有些物质放在磁场中磁化后，它的宏观磁矩的方向同磁场的方向相同，这类物质称为顺磁性的。磁化率为正。某些物质，如铁、钴、镍和某些稀土元素以及好多种氧化物，在外磁场中磁化后，显示出比顺磁性强得多的磁性，且去掉磁场后还保留磁性，这种现象称铁磁性。磁畴沿磁场方向有序排列显示强磁性。磁化率>>0。NNSSHNSNSH抗磁性顺磁性

物质的磁性与原子、分子的结构有关，总磁矩等于零的原子或分子都表现出抗磁性；总磁矩不等于零的原子或分子都表现出顺磁性。抗磁性磁场对电子轨道运动起作用的结果。电子轨道运动在磁场中会发生旋进。旋进角动量方向是磁场方向，与电子轨道运动的速度和方向无关。在同一磁场下，旋进的速度是常数，原子中所有电子构成一个整体绕磁场旋进，形成一个电的环流。电子带负电，所以正电环流产生的磁矩的方向与磁场方向相反，这就是抗磁性的来源！抗磁性朗之万(P.Langevin)据上述抗磁性机理得到抗磁性磁化率公式：是单个原子的抗磁性磁化率；Z是电子环流的个数，相当于核电荷数；是电子距离原子核的距离r的平方的平均值。单位体积的抗磁性磁化率等于乘以单位体积中的原子数；一摩尔原子的抗磁性磁化率等于乘以阿伏伽德罗常数。任何原子或分子都具有抗磁性，但是对于原子，只有在S=L=0，从而μL=μS=0的情况下，抗磁性才显现出来。顺磁性具有磁矩的原子(J≠0)在磁场中各种取向的平均效果。顺磁性磁化率同绝热温度成反比——居里定律。是单个原子的顺磁性磁化率。是在绝对温度T下，单个原子在磁场方向的平均磁矩。单位体积的顺磁性磁化率等于乘以单位体积中的原子数；一摩尔原子的顺磁性磁化率等于乘以阿伏伽德罗常数。顺磁性顺磁性磁化率比抗磁性磁化率大2~3个数量级。J≠0的原子在磁场作用下即有抗磁性也有顺磁性。J=0的原子在磁场作用下只存在抗磁性。宏观物体磁性的基础是原子的磁性，但是宏观物体的磁性不一定同原子的磁性一致；由分子组成的物体的磁性决定于分子；固体的磁性还和固体的机构有关。圆偏振右旋左旋原子和发出的光子作为整体的角动量是守恒的。光的角动量()方向和电矢量旋转方向组成右手螺旋定则光的角动量方向光的角动量方向例2

讨论Na双线：，在外场中的分裂解：跃迁选择定则：

(除外)(1)：1/2-1/2：1/2-1/2

0,+1,-1

，分为4条。(2)格罗春图：3/21/2-1/2-3/2

：1/2-1/2

0,+1,-1

，分为六条。讨论1.EPR测量原子基态朗德因子g；2.EPR波谱精细结构：多个共振吸收峰，反映原子受邻近原子的作用情况，研究分子、固体、液体内部结构；3.EPR波谱超精细结构：受原子核磁矩的影响，一个磁能级分裂为2I+1(I<J)或2J+1(I>J)个超精细结构能