電子順磁共振技術(shù) 自由基與醫(yī)學(xué)ppt課件.ppt

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1、TheparamagnetismofelectronandEPRElectronParamagneticResonanceorElectronSpinResonance原子模型質(zhì)量電荷軌道運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)相關(guān)基本概念M(-μ)電子具有自旋屬性(繞軸運(yùn)動(dòng))自旋狀態(tài)用自旋角動(dòng)量(M)描述－－指示自旋的大小和方向自旋運(yùn)動(dòng)矢量電子自旋角動(dòng)量的大小由電子的自旋量子數(shù)I計(jì)算電子的自旋量子數(shù)I=1/2,是唯一確定的是角動(dòng)量的一個(gè)天然單位，其中h為Planck常數(shù)。結(jié)論：電子自旋速度的大小相同電子自旋角動(dòng)量的方向無外加磁場時(shí)：方向任意有外加磁場時(shí)：方向不任意，限制性取向（受量子力學(xué)限制

2、只能取一些特定的方向）根據(jù)量子力學(xué)方程自旋角動(dòng)量M在磁場方向的大?。∕在磁場方向的投影Mz）只能是幾個(gè)固定的值,相關(guān)于電子的自旋磁量子數(shù)ms電子自旋在磁場中所允許的方向由電子的自旋磁量子數(shù)ms決定（電子的自旋磁量子數(shù)ms=1/2,-1/2）HM(-μ)ZM(-μ)Mz結(jié)論：在外加磁場中電子將進(jìn)行取向，電子的自旋方向只有2類允許方向自旋是微觀粒子的基本屬性之一，比如原子核也有自旋。自旋量子數(shù)（I）和自旋磁量子數(shù)（ms）可查。ms也可由I直接推得：若已知Ims=-I，-I+1，-I+2??????I-2，I-1，I例如已知氮核I=1則ms=-1，0，1例如已知錳核I=5

3、/2則ms=-5/2，-3/2，-1/2，1/2，3/2，5/2例如已知氮核I=1則ms=-1，0，1例如已知錳核I=5/2則ms=-5/2，-3/2，-1/2，1/2，3/2，5/2電子的磁矩存在自旋的電子相當(dāng)于一個(gè)小磁體(具有磁矩μ)M(-μ)，稱為Bohr磁子，作為磁矩的一個(gè)天然單位。電子的旋磁比為負(fù)值，電子的自旋磁矩方向與其角動(dòng)量方向正好相反。4電子在磁場中的磁勢能磁體在磁場中具有磁勢能，不同方向的磁體的磁勢能的大小不同賽曼（Zeeman）能級(jí)分裂外加磁場后，順磁場與逆磁場的不成對(duì)電子具有不同的能量，此現(xiàn)象即為塞曼能級(jí)分裂HM(-μ)Z磁化：*未加外部磁場時(shí)

4、，物質(zhì)所含孤電子的自旋（磁矩）是隨機(jī)取向的，能量相同，物質(zhì)凈磁矩為零；加了外部磁場后，孤電子的自旋（磁矩）方向不是任意的了，自旋（磁矩）在外加磁場方向的投影大小受到限制，只允許1/2，1/2大小相等方向相反的兩類，兩類自旋的孤電子間存在能量差別。根據(jù)Boltzmann分布孤電子處于這兩種自旋的幾率也有差別。這樣含孤電子的物質(zhì)在磁場方向的凈磁矩不再為零，此稱為磁化（magnetization）Boltzmann分布：群體中處于高低能態(tài)的分布比例N1：處于激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)目；N0：處于基態(tài)的粒子數(shù)目；ΔE：激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差；T：絕對(duì)溫度；k：氣體常數(shù)結(jié)論：群體中低能態(tài)

5、者永遠(yuǎn)占多數(shù)高低能態(tài)的分布比例與其能量差有關(guān)，能量差越大，處于高能態(tài)的比例越少高低能態(tài)的分布比例與溫度有關(guān)，溫度增高，高能態(tài)的比例增高順磁共振現(xiàn)象在外加磁場中，孤電子發(fā)生了塞曼能級(jí)分裂，若此時(shí)向該體系施加某種頻率（）的電磁波，當(dāng)電磁波的能量（）剛好等于塞曼分裂的能級(jí)差時(shí)：處于低能級(jí)的電子就會(huì)吸收能量躍遷到高能級(jí)——順磁共振（電子自旋共振）現(xiàn)象。能量吸收信號(hào)可被檢測紀(jì)錄處于低能級(jí)E1的自旋核吸收能量躍遷到高能級(jí)E2，而處于高能級(jí)者則發(fā)射能量回到低能級(jí)，這兩種躍遷的幾率是相同的。由于任意溫度下處于低能級(jí)的核總是多于高能級(jí)的核，因此總起來說仍表現(xiàn)為對(duì)電磁波的凈吸收現(xiàn)象。小

6、結(jié)：順磁共振現(xiàn)象發(fā)生的條件孤電子（不成對(duì)電子）含不成對(duì)電子的物質(zhì)(順磁性物質(zhì))外加磁場外加電磁波儀器簡介目前應(yīng)用最廣泛的還是連續(xù)波（ContinuousWave,CW）順磁共振譜儀，即通過磁場逐步變化，掃過共振條件，表現(xiàn)出EPR吸收譜的方法。其工作的核心原理是：由束調(diào)管（klystron）產(chǎn)生的微波照射在磁場中的樣品，磁場強(qiáng)度逐步變化掃過共振條件，所產(chǎn)生的吸收信號(hào)由檢波二極管檢測，經(jīng)放大以后被記錄顯示出來。圖為一個(gè)典型的EPR譜儀的方框圖，此圖將整個(gè)譜儀分為微波源系統(tǒng)*，諧振腔（resonancecavity）和樣品系統(tǒng)，磁鐵系統(tǒng)，調(diào)制與檢測系統(tǒng)。*不同儀器所使用的

7、微波頻率不同，最常用的是X(9.5GHz)波段,此外還有S,K,Q,L波段等。圖譜參數(shù)1g因子理想狀況下電子的順磁共振條件：當(dāng)我們假設(shè)孤電子只有自旋運(yùn)動(dòng)，且沒有任何環(huán)境干擾時(shí)，電子的順磁共振條件需滿足在這種理想情況下，所有孤電子都將在相同的外磁場強(qiáng)度下發(fā)生順磁共振，能量吸收信號(hào)將無限窄實(shí)際狀況下電子的順磁共振條件：實(shí)際上存在于化合物中的不成對(duì)電子，除了自旋運(yùn)動(dòng)外還有軌道運(yùn)動(dòng)，軌道運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生軌道磁矩并與自旋磁矩相互作用，因此進(jìn)行不同軌道運(yùn)動(dòng)的孤電子的磁矩是有差別的。此外，孤電子處于不同的環(huán)境（復(fù)雜的分子場或晶格場）也會(huì)影響電子的局部磁場。因此實(shí)際情況是：不同化合物