《2016-电子自旋共振实验-2》.pdf

实验 7­2  电子自旋共振 泡利 （Pauli）1924 年提出核磁矩和核自旋的概念，解释了光谱的超精细结构。1925 年， 乌仑贝克（Uhlenbeck）和哥德斯密特（Goudsmit）提出了电子自旋的概念，解释了光谱的 精细结构。在这些理论的基础上，从 1954 年开始，逐步形成了一种新的测量技术，即电子 自旋共振 （Electron Spin Resonance，ESP）。电子自旋共振有时也称电子顺磁共振 （Electron  Paramagnetic Resonance，EPR） 电子自旋共振研究的对象是具有未偶电子的物质。 通过对共振谱线的研究， 可以得到未 偶电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关物质结构和化学性质的知识，因此， 电子自旋共振技术在物理、化学、生物、医药等各个领域获得了广泛的应用。 与核磁共振相比，电子自旋共振在技术上更容易实现，目前，在微波段、射频段都有比 较成熟的仪器。电子自旋共振的实现，在很多方面与核磁共振相似，因此，在本实验的介绍 中将不再涉及较基础的细节问题，而相关的内容请参阅核磁共振实验。 【实验目的】  1、了解电子自旋共振理论。  2、掌握电子自旋共振的实验方法。  3、测定 DPPH 自由基中电子的 g 因子和共振线宽。 【实验原理】 原子中的电子在沿轨道运动的同时具有自旋，其自旋角动量为 p  =  S S + 1 h  （7­2­1） S  ( ) 其中 S 是电子自旋量子数， S = 1/ 2 。 r r 电子的自旋角动量 p  与自旋磁矩 m 间的关系为 S  S Ïr e  r m S = -g  p S  Ô 2 m  （7­2­2） Ì e  Ô ( ) m S  = g m B  S S + 1  Ó e h 其中： m 为电子质量； m = ，称为玻尔磁子；g 为电子的朗德因子，具体表示为  e  B  2 m  e  J ( J + 1 ) - L ( L + 1 ) + S ( S + 1 )  g = 1+ （7­2­3）  2 J ( J + 1 )  J 和 L 为原子的总角动量量子数和轨道角动量量子数， J = L ± S 。对于单电子原子，原子 的角动量和磁矩由单个电子决定；对于多电子原子，原子的角动量和磁矩由价电子决定。含 有单电子或未偶电子的原子处于基态时，L=0，J=S=1/2，即原子的角动量和磁矩等价于单个 电子的自旋角动量和自旋磁矩。 e  设 g = g 为电子的旋磁比，则 2m