Метод електронного парамагнітного резонансу
Явище електронного парамагнітного резонансу(ЕПР) було відкрите радянським фізиком Е. К. Завойським у 1944 році. З того часу цей метод швидко розвинувся і нині став незамінним при вивченні структури вільних органічних та неорганічних радикалів.
Розглянемо систему парамагнітних частинок, парамагнетизм яких зумовлений наявністю неспареного електрона (вільні радикали, іони змінної валентності). Парамагнетизм таких частинок має, як правило, спіновий характер, тобто зумовлений наявністю нескомпенсованого спінового магнітного моменту електрона, який можна записати у вигляді:
(7.16)
де — спінове квантове число (для електрона так званий "жи-фактор" (це є безрозмірна величина, яка у разі чисто "спінового магнетизму", тобто для вільного електрона, становить - магнетон Бора.
При відсутності зовнішнього магнітного поля систему таких парамагнітних частинок можна охарактеризувати деякою середньою енергією У зовнішньому магнітному полі енергія парамагнітної частинки змінюється і стає рівною
(7.17)
де - додаткова енергія, зумовлена взаємодією магнітного моменту частинки з зовнішнім магнітним полем. Ця енергія пропорційна індукції магнітного поля і проекції магнітного моменту на напрямок поля:
(7.18)
Проекція спінового магнітного моменту на напрямок зовнішнього магнітного поля може набувати значень, що визначаються формулою
(7.19)
де - магнітне спінове число електрона Знак у формулі (7.19) відтворює той факт, що спінові механічний та магнітний моменти спрямовані в протилежні боки.
(7.20)
Таким чином, система ізоенергетичних частинок з енергією у зовнішньому магнітному полі розпадається на дві підсистеми з енергіями Е1 і Е2 відповідно до двох можливих орієнтацій їх магнітних моментів відносно зовнішнього магнітного поля (рис. 7.5).
Між рівнями можливі переходи, тобто парамагнітні частинки можуть змінювати орієнтацію свого магнітного моменту. Однак ймовірність спонтанних, самодовільних переходів частинок між рівнями дуже незначна.
Такі переходи можна викликати (індукувати) опроміненням системи високочастотним електромагнітним полем (НВЧ-випромінюванням) за умови, що квант НВЧ-випромінювання задовольняє умові
Заселеність енергетичних рівнів підлягає розподілу Больцмана, згідно з яким при маємо заселеності рівнів та У цьому випадку кількість переходів з поглинанням енергії буде пеоеважати кількість переходів з випромінюванням енергії В результаті за умови
(7.21)
буде спостерігатись резонансне поглинання енергії високочастотного електромагнітного поля (НВЧ-випромінювання).
Рис. 7.5. Розщеплення енергетичного рівня парамагнітних частинок.
Для спостереження сигналу поглинання використовуються спеціальні прилади - магнітні радіоспектрометри.
Відповідно до (7.21), умову резонансу можна здійснити двома способами:
а) при постійному магнітному полі варіюється частота
б) при незмінній частоті варіюється індукція магнітного поля
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 363;