ESR/EPR搞懂基礎,注意事項要記牢
在做EPR測試時,科學指南針檢測平臺工作人員在與很多同學溝通中了解到,好多同學對EPR測試不太了解,對其原理,仍是小白階段,針對此,科學指南針檢測平臺團隊組織相關同事對網(wǎng)上海量知識進行整理,希望可以幫助到科研圈的伙伴們;
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一?、EPR概念
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在理解EPR這個概念之前,需要先了解如下兩個概念:
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自旋磁矩:帶電體的自旋,會產(chǎn)生一個類似電流的東西,環(huán)形電流會產(chǎn)生磁矩,這個叫做自旋磁矩。單個孤立的自由的電子的自旋是固定的,其磁矩也是固定的,叫做玻爾磁子,可以看做是原子磁矩的單位。
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軌道磁矩:電子在原子核周圍運動,也會產(chǎn)生環(huán)形電流,因此也會產(chǎn)生磁矩,這個叫做軌道磁矩。一般而言軌道磁矩非常小,接近為0,因為有不同電子的軌道磁矩之間,通常都互相抵消掉了。
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一個分子軌道,最多只能容納兩個自旋相反的電子,如果分子中所有的分子軌道都已經(jīng)成對地填滿了電子,那么他們的自旋引發(fā)的磁矩就完全互相抵消了(自旋方向相反,那么自旋磁矩的方向也是相反的)。
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二、EPR的研究對象
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EPR是用來研究具有未成對電子的特殊化合物,例如自由基、過渡金屬離子、某些配合物,雙基和多基(含有兩個或兩個以上未配對電子,并且兩個電子相距甚遠,它們之間的相互作用很弱)也是:?
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三重態(tài)的分子(有兩個未配對電子,但彼此間有很強的相互作用)例如O2、過渡金屬離子和稀土離子(這類在原子軌道中就出現(xiàn)未配對電子)、固體中的某些局部晶格缺陷,其他一些分子比如NO、NO2等,都可以使用EPR方法進行檢測。
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可以檢測含有一個或一個以上未成對電子的磁性物質(zhì):自由基、金屬原子或團簇、過渡金屬和稀土離子、摻雜或缺陷、擴展的研究中有自旋標記、自旋捕獲等……
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三、EPR的優(yōu)點
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靈敏度高,可以檢測到10-14mol的劑量;可以直接檢測,不破壞樣品;EPR測量得到的g因子,通過理論計算能夠符合的非常好,是少量的,理論計算能夠精確處理的物理量。
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四、EPR測量中注意事項
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要想得到準確的EPR測量值,不僅是把樣品放入諧振腔這么簡單,還有一些需要注意的地方。
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諧振腔有所謂的優(yōu)值,即Q值。Q值是在一個周期內(nèi)諧振腔所儲存的電磁能的最大值乘以2πν(ν是頻率)與單位時間內(nèi)腔所消耗的能量之比,反映電磁波能量消耗的情況。Q值越大,信號峰峰值越高。
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如果操作不當,每次測試時Q值不一樣,這樣得到的EPR信號強度不能反映樣品中的自由基濃度。在定量測量中,使用信號峰的峰值代表自由基濃度時,要注意Q值的大小。正常情況下,正確調(diào)節(jié)EPR的實驗參數(shù),Q值應該是穩(wěn)定的。
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樣品放在EPR石英試管中后,每次測量時要保證試管所在諧振腔內(nèi)的深度一致,并且保證試管豎直,不要向一個方向有太大偏差。理想的位置,應該使樣品在微波磁場最強而電場最弱的位置,因為發(fā)生磁共振須與電磁波的磁場相互作用,而電場的相互作用只能導致介質(zhì)中的非共振損耗。
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對于EPR儀器所處的工作環(huán)境,不能發(fā)生劇烈的溫度、濕度變化以及空氣流通,以保證譜圖的基線相對平穩(wěn)。
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