Электронный парамагнитный резонанс

1. Переходы между уровнями и подуровнями

1.1. Переходы между магнитными уровнями возможны, когда квант электромагнитной энергии hω равен разности энергий ∆E между ними. Переход электронов с одного подуровня на другой происходит с одновременным изменением направления спина: ∆ms = ±1 При переходе с нижнего уровня на верхний энергия поглощается, а при обратном переходе излучается. Вероятность этих процессов одинакова, но так как в условиях термодинамического равновесия, согласно распределению Больцмана. Населенность нижнего уровня N1 больше, чем верхнего N2 , то энергия поглощается. Если каким либо образом создать инверсию населенностей N2 > N1 , то под действием электромагнитного поля система будет излучать энергию.

2. Измерительный мост электронного парамагнитного резонатора

2.1. Мост состоит из магазина сопротивлений R в одной ветке и цепи резонатора в другой. Исследуемый образец помещается в катушку, находящуюся в цепи резонатора. Мост выполнен таким образом, что полные сопротивления веток одинаковы и разность потенциалов между точками а и b равна нулю. Если установить внешнее магнитное поле таким образом, что произойдет поглощение энергии в образце, напряжение между точками а и b увеличивается. Могут использоваться катушки Гельмгольца с числом витков n=250 и радиусом R=0,054 м.

3. Расщепление энергетических уровней

3.1. У атомов, помешенных в магнитное поле, происходит расщепление их энергетических уровней на несколько подуровней. Спонтанные переходы с нижних подуровней одного и того же уровня на верхние невозможны. Однако такие переходы могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Необходимым условием этого является совпадение частоты электромагнитного поля с частотой фотона, соответствующего разности энергий между расщепленными подуровнями.

4. ЭПР. ЯМР

4.1. В зависимости от типа частиц - носителей магнитного момента - различают электронный парамагнитный (спиновый) резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Под электронным парамагнитным резонансом понимают резонансное поглощение электромагнитной энергии веществами, содержащими парамагнитные частицы.

4.1.1. Под парамагнитными частицами понимаются: 1) атомы и молекулы с нечётным числом электронов (например, атомы азота, водорода, молекулы N0); 2) свободные радикалы химических соединений с неспаренными электронами (например, СН3); 3) ионы с частично заполненными внутренними оболочками (например, ионы переходных элементов); 4) центры окраски в кристаллах; 5) электроны проводимости в металлах и полупроводниках.