电子顺磁共振epr

电子顺磁共振epr电子顺磁共振epr第1页

ElectronParamagneticResonance,EPR,isaspectroscopictechnique,whichdetectsspeciesthathaveunpairedelectrons.

它是直接检测和研究含有未成对电子顺磁性物质一个波谱学技术。

ItisalsooftencalledESR,ElectronSpinResonance,ESR.

电子顺磁共振:硕士课程—EPR电子顺磁共振epr第2页WhatIstheElectronSpin?电子含有电荷，同时电子像陀螺一样绕一个固定轴旋转，形成有南北极自旋磁矩。Theelectronspinistheelectron’selectromagneticfieldangularmomentum.

电子自旋即电子电磁角动量电子内禀运动或电子内禀运动量子数简称。

硕士课程—EPR电子顺磁共振epr第3页一、

电子顺磁共振研究对象EPR—研究对象电子顺磁共振epr第4页Magneticsubstancephoto-translationSuperconductorCatalystGlass-fiberMetalcomplexSemiconductorTeeth,BoneShell,CoralQuartz,AgingRadiationdefectsCoal,OilErosionLipidperoxideSODactivityAging,CancerSpinlabelFluidityCo-enzymeVitaminC,E,KImmunoassayDrugdetectionEnzymeIonomerConductingpolymerDegradationPolymerizationLiquidcrystalLBmembraneConductingmaterialsGasphaseESRBasicResearch&TechniqueO2NO2TransitionmetalionCombustionSpintrapActiveoxygenApplicationFieldsofESRSpectroscopyEPR—研究对象

Organomagnetic???????电子顺磁共振epr第5页EPR—研究对象——固体碱金属

——

自由基（radical）

含有一个未成对电子化合物。

如：·CH3，SP3杂化；碱金属核外价电子：nS1电子顺磁共振epr第6页EPR—研究对象二苯基苦基肼基（DPPH)DiphenylPicrylHydrazyl

DPPHESR谱线：电子顺磁共振epr第7页EPR—研究对象

如：蒽分子它本身是逆磁性分子

An+K(真空无水条件)An-+K+(用四氢呋喃作溶剂)

An+H2SO4(98%)

An+

电子顺磁共振epr第8页EPR—研究对象

再如：萘分子它本身是逆磁性分子

A+K(真空无水条件)A-+K+(用dimethoxyethane作溶剂)

A+H2SO4(98%)

A+

电子顺磁共振epr第9页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第10页Perylenecationradical共125条线二萘嵌苯阴离子EPR—研究对象电子顺磁共振epr第11页EPR—研究对象其它相关自由基化学：

电子顺磁共振epr第12页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第13页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第14页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第15页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第16页Beer-FlavorStabilityEPR—研究对象酒类：啤酒主要性能指标之一，lagtime电子顺磁共振epr第17页EPR—研究对象PBN-OH加合物ESR谱线：电子顺磁共振epr第18页EPR—研究对象活性氧：ActivatedOxygen电子顺磁共振epr第19页EPR—研究对象OxygenPeroxideMetalUVRadiationStressShockIschemiaBrainDamageHeartDiseaseLungDiseaseGastralDiseaseSkinDisorderAgingCancerInflammationActiveOxygen电子顺磁共振epr第20页SODv.s.PotentialLifetimeEPR—研究对象电子顺磁共振epr第21页EPR—研究对象SOD超氧歧化酶，用于去除超氧阴离子自由基。电子顺磁共振epr第22页EPR—研究对象抗氧化剂：茶多酚，各种酒类

电子顺磁共振epr第23页DMSO溶液中，各种氧化茶多酚ESR谱图。J.FerreiraSeverinoetal.FreeRadicalBiology&Medicine46()1076–1088EPR—研究对象电子顺磁共振epr第24页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第25页烟草：去除烟草烟气自由基—一些有害成份。怎样提香、降害？—烟草制品改进方向。

EPR—研究对象电子顺磁共振epr第26页——双基或多基

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—研究对象都是经典双基，能够用EPR研究它。

电子顺磁共振epr第27页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第28页——顺磁性分子（含有未成对电子分子）

如：NO，NO2，O2等分子，本身就含有未成对电子，是顺磁性。

EPR—研究对象电子顺磁共振epr第29页EPR—研究对象

g,X-ray,UV电子顺磁共振epr第30页EPR—研究对象StableFreeRadicalsinGasPhase电子顺磁共振epr第31页O2分子顺磁性：相关分子轨道理论能够解释2O：[(1S)2(2S)2(2P)4]O2

：KK[(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(πy2p)2(πz2p)2

(πy*2p)1(πz*2p)1]

EPR—研究对象电子顺磁共振epr第32页——三重态分子

其分子轨道上有两个未偶电子，但其与双基不一样，这两个电子彼此相距很近，有很强相互作用。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—研究对象电子顺磁共振epr第33页EPR—研究对象计算机拟合三重态ESR谱一次微分线电子顺磁共振epr第34页EPR—研究对象——过渡金属和稀土元素

电子顺磁共振epr第35页过渡金属、稀土元素含有未充满3d，4d，5d及4f壳层，核外有一个或一个以上未成对电子。

V23（4S23d3）V5+（3d0）无EPR信号

V4+（3d1）有EPR信号Mn25（4S23d5）Mn5+（3d0）无EPR信号

Mn2+（3d5）有EPR信号

EPR—研究对象电子顺磁共振epr第36页过渡金属和稀土元素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：EPR—研究对象1、电子处于离子d壳层中，它们自旋运动和轨运动间有很强“自旋—轨道偶合作用”;2、离子并非以自由形式存在，处于由配位体组成晶场中。电子顺磁共振epr第37页——半导体中空穴或电子

——晶格缺点

如：V心：Thepositive-ionvacancy(Vcenter)V-center(earliercalledV1)(tetragonalsymmetry)

F心：anelectroninanegative-ionvacancy(Fcenter)

inanalkalihalide(Cubicsymmetry)可用EPR来作定量研究。

EPR—研究对象电子顺磁共振epr第38页——其它

EPR在年代学上应用：

C14（几万年）热释光（几十万年）

EPR（上百万年）

EPR—研究对象电子顺磁共振epr第39页EPR—研究对象EPR测年原理：

依据是：矿物中积累ESR信号强度与时间相关。试验室中经过以下简单公式取得ESR年纪:A=P/D式中：A为年纪(a)；P为古剂量(Gy)；D为年剂量(Gy/a)。普通在试验室中测定P和D。古剂量P能否测准是取得可靠ESR年纪前提之一。古剂量是指在所测事件发生以来矿物所累积起来ESR信号。对于石英，可供测定ESR信号中心分别有E’,OHC,Ge,Al,Ti中心等。(E’：氧空位电子心，OHC：氧空穴)电子顺磁共振epr第40页EPR—研究对象自然辐照年剂量D确实定是个比较复杂过程，普通用热释光剂量片，或放射性同位素如：U-Th,14C半衰期等来确定。电子顺磁共振epr第41页EPR—研究对象EPR在剂量学上应用：电子顺磁共振epr第42页EPR—研究对象丙氨酸(Alanine;2-Aminopropanoic)：电子顺磁共振epr第43页Paramagnetization

MethodEPR—研究对象电子顺磁共振epr第44页IonImplantationEPR—研究对象电子顺磁共振epr第45页EPR—研究对象电子顺磁共振epr第46页

A、快速检测：QuickDetection

如：Rapid-FlowMixing,TimeResolvedESR(-CIDEP)

EPR—研究对象对一些不稳定、寿命短活性粒子，必须采取一些特殊处理才能观察到它们EPR信号，主要方法有：B、

稳态检测：StabilizationDetection

低温冷冻：Freezing；用捕捉剂与自由基加合，生成长寿命稳定自由基，然后对其进行研究。Spin-TrappingUnstableRadicals电子顺磁共振epr第47页

缺点：1、不足大。只能检测顺磁性物质；

2、对含有顺磁性离子或原子化合物，

EPR普通只能给出较少局部结构信息，或得到结构方面信息复杂，难以作出准确判定。

EPR—研究对象EPR优点与缺点：优点：1、EPR是观察自由基等顺磁性物质一个最直接、高灵敏方法(与NMR比)；

2、不需对样品进行复杂处理，直接检测而不破坏样品。电子顺磁共振epr第48页EPR—研究对象——纳米材料电学、光学性质ESR研究

纳米材料电学和光学性质是由其内在原因决定，当然与结构材料电子微环境紧密相联。所以，能够用ESR研究各种顺磁、铁磁纳米材料电学和光学性质。对于一些含有异常电子体系材料，能够用ESR研究材料内部电子键合及分布情况。电子顺磁共振epr第49页——过渡金属离子氧化态及配位ESR研究过渡金属配位环境不一样则g值会发生改变。比如：六配位Mo(VI)：g┴=1.944，g//=1.892；五配位Mo(V)：g┴=1.957,g//=1.866;四配位MoMo(IV):

g┴=1.926,g//=1.755。原因在于其垂直组分对各自孤立金属粒子响应十分敏感，表现为不一样金属配位环境下其g┴与g//较大改变。大多数过渡金属表现行为与这类似，所以，用ESR作为表征过渡金属离子氧化态及周围配位情况是简单易行且可靠方法。EPR—研究对象电子顺磁共振epr第50页——掺杂材料ESR研究

Mn掺杂II-IV族化合物是经典稀磁半导体（DMS）材料，掺杂离子影响材料光、电性质。DMS制备是经过常规半导体材料掺杂各种磁性或顺磁性粒子而得到，其掺杂质量高低直接影响材料特征。怎