電子順磁共振破譜儀也叫電子自旋共振光譜儀,當(dāng)電子暴露于外部的磁場�(shí),利用電子的自旋,能夠檢測各種狀�(tài)和細(xì)胞內(nèi)的化合物中原子的類型。廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理、材�、環(huán)�、生命科�(xué)和醫(yī)�(xué)�(lǐng)��
電子順磁共振波譜儀主要有微波系�(tǒng)、磁鐵系�(tǒng)、信�(hào)處理系統(tǒng)以及顯示和記錄等部件組成。儀器的主要�(jié)�(gòu)框圖如下圖所示:
物質(zhì)組成的基本單位是分子,分子是由原子構(gòu)�,原子是由原子核和電子組�。在多數(shù)情況�,電子在分子(或原子)軌道中是配�(duì)�,由于它們處于同一軌道中,且自旋方向相�,所�,這類化合物是逆磁性物�(zhì)。但�,有許多化合物的分子軌道或原子軌道中存在著未配對(duì)的電�。這類含未成對(duì)電子的物�(zhì)就是EPR研究的對(duì)��
含有未成�(duì)電子的物�(zhì),在沒有外磁場作用時(shí),這些未成�(duì)電子的取向是隨機(jī)的,它們處于相同的能量狀�(tài);當(dāng)它們受到外磁場作用�(shí),發(fā)生能�(jí)分裂,稱為齊曼(Zee—man)分裂,能級(jí)分裂的大小與磁場�(qiáng)度成正比。此�(shí),如果在垂直于磁場B的方向上施加頻率為v的電磁波,當(dāng)磁場�(qiáng)度和電磁波頻率滿足下式:
hv=gβB �1�
則樣品中處于上下兩能�(jí)的電子發(fā)生受激躍遷,其凈結(jié)果是有一部分低能�(jí)中的電子吸收電磁波能量躍遷到高能�(jí)�。這就是電子順磁共振現(xiàn)象。式�1)稱為EPR共振條件�,式中h是普朗克常數(shù),g稱為g因子� 是波爾磁�。由受激躍遷�(chǎn)生的吸收信號(hào)�(jīng)電子�(xué)系統(tǒng)處理可得到EPR吸收譜線,EPR譜呈�(xiàn)了譜線及其強(qiáng)度隨磁場變化的關(guān)系。通常,現(xiàn)代EPR波譜儀記錄的是吸收信號(hào)的一次微分線彀即一次微分譜線�
測量順磁體的磁化�;金屬或半導(dǎo)體中的傳�(dǎo)電子;固體中的某些局部晶格缺�;輻照損傷和輻照效應(yīng);磁性薄膜的研究;納米材�;半�(dǎo)體材料中摻雜�(duì)半導(dǎo)體性能的影響等;研究氧化還原反�(yīng)過程中電荷轉(zhuǎn)移情�;或紫外輻照短壽命的有機(jī)自由基的性質(zhì);動(dòng)力學(xué)化學(xué)中的瞬態(tài)自由�;電化學(xué)反應(yīng)過程的研�;腐蝕中的自由基行為;聚合物、催化劑、橡膠中的自由基;催化反�(yīng)�(jī)理研�;配位化�(xué)中金屬絡(luò)合物�(jié)�(gòu)的研究等;生物化合物的X射線效應(yīng);輻照對(duì)食物保鮮的影�;酶反應(yīng)、光合成;人�(fā)自由基的功率飽和行為;細(xì)胞組織中自由基與疾病�(guān)系的研究�;植物生長過程中自由基與�(huán)境的�(guān)�;環(huán)境污染機(jī)理的研究;礦物年代的研究,第四紀(jì)地質(zhì)年代的測�;氣候的變遷;礦物中的元素與成礦的關(guān)系;寶石中的色心;金屬離子與成色的關(guān)系等�
物理�(xué)�(lǐng)域:
1、研究含有未成對(duì)電子的原�、離�、分�
2、研究金屬或半導(dǎo)體中的傳�(dǎo)電子
3、研究晶體缺�、輻照效�(yīng)和輻照損�
4、研究半�(dǎo)體中摻雜的影�
5、研究單晶中的晶�
6、研究材料的磁�
化學(xué)�(lǐng)域:
1、三重態(tài)的雙自由基和分子的研�
2、反�(yīng)�(dòng)力學(xué)的研�
3、γ射線照射產(chǎn)生的游離有機(jī)自由基的短暫行為
4、聚合物的研�
5、光化學(xué)和輻照產(chǎn)生的自由�
生物與醫(yī)�(xué)�(lǐng)域:
1、有�(jī)生命�(xì)胞組織中的自由基研究
2、生物化合物的X射線效應(yīng)
3、藥物檢�、輻照食品的控制
4、致癌物反應(yīng)的研�
5、血和微生物的研�
其它�(lǐng)域:
1、地�(zhì)和考古樣品的年代測定及研究
2、輻照劑量學(xué)研究和丙氨酸/ESR劑量測定
自從電子順磁共振�(xiàn)象被�(fā)�(xiàn)以來,電子順磁共振理論在不斷�(fā)�,儀器技�(shù)日益完善,實(shí)�(yàn)方法�(shí)有創(chuàng)�。特別是在電子技�(shù)和計(jì)算機(jī)技�(shù)突飛猛�(jìn)的今�,電子順磁共振波譜儀的結(jié)�(gòu)和性能都得到了很大的發(fā)展。的電子順磁共振譜儀往往是具有高靈敏�、高分辨率和性能�(wěn)定的多功能波譜儀。雖然儀器結(jié)�(gòu)�(fù)雜性在增加,功能在不斷增多,但�,其操作卻更簡單、更方便,甚至能在計(jì)算機(jī)控制下�(jìn)行自�(dòng)操作�
為適�(yīng)�(shí)際發(fā)展的需要,目前電子順磁共振儀器發(fā)展的趨勢(shì)是朝著低頻或高頻方向�(fā)�。在研究含水豐富的生物樣品時(shí),如果采用X波段的儀�,由于樣品具有高介電常數(shù),則微波損耗大,影響諧振腔的Q�,使儀器靈敏度下降,甚至無法檢�。如果用低微波頻率如S波段和L波段的儀�,就有利于生物樣品的測量。為了獲得更高的靈敏度和分辨�,電子順磁共振儀器采用高頻高場條件,井結(jié)合脈沖技�(shù),使波譜儀的性能有了很大提高。近年來,由于新技�(shù)的采�,在高頻電子順磁共振、雙共振技�(shù)、時(shí)間分辨電子順磁共振、脈沖傅里葉變換電子順磁共振和電子順磁共振成像等方面取得了令人矚目的新�(jìn)��