高二物理競賽電子順磁共振課件

當把具有未成對電子的物質置于外磁場B中，會發(fā)生因電子自旋磁矩與外磁場相互作用而產生的塞曼分裂，分裂的能級同原能級的差值為：相鄰能級的間隔為：一、電子順磁共振(ElectronParamagneticResonance)1、

電子順磁共振磁共振的分類：電子順磁共振（EPR）：hv＝gμBB

（GHz）核磁共振（NMR）：hv＝gμNB

（MHz)）具有磁矩的原子稱為順磁原子.順磁質原子受到外加交變磁場作用而劇烈吸收能量的現(xiàn)象,叫順磁共振.實質:電子自旋磁矩與外磁場相互作用產生塞曼分裂.1、核磁共振NMRNMR核磁共振：原子核自旋磁矩與磁場相互作用引起的能級分裂。共振條件：h=gINB，核磁共振所用電磁波的波長在米量級。電子對外磁場的屏蔽作用，化學環(huán)境不同屏蔽情況也不同?；瘜W位移有機化合物主要由C、O、H組成。12C和16O都是偶偶核，核自旋為零，對NMR沒有貢獻，1H的NMR最為顯著。核磁共振診斷軟組織病變，因為正常組織和病變組織中H密度不一樣。物質的磁性抗磁性順磁性鐵磁性物質據磁性分為：有些物質放在磁場中磁化后，它的宏觀磁矩的方向同磁場的方向相反，這類物質稱為抗磁性的。磁化率為負。有些物質放在磁場中磁化后，它的宏觀磁矩的方向同磁場的方向相同，這類物質稱為順磁性的。磁化率為正。某些物質，如鐵、鈷、鎳和某些稀土元素以及好多種氧化物，在外磁場中磁化后，顯示出比順磁性強得多的磁性，且去掉磁場后還保留磁性，這種現(xiàn)象稱鐵磁性。磁疇沿磁場方向有序排列顯示強磁性。磁化率>>0。NNSSHNSNSH抗磁性順磁性

物質的磁性與原子、分子的結構有關，總磁矩等于零的原子或分子都表現(xiàn)出抗磁性；總磁矩不等于零的原子或分子都表現(xiàn)出順磁性?？勾判源艌鰧﹄娮榆壍肋\動起作用的結果。電子軌道運動在磁場中會發(fā)生旋進。旋進角動量方向是磁場方向，與電子軌道運動的速度和方向無關。在同一磁場下，旋進的速度是常數(shù)，原子中所有電子構成一個整體繞磁場旋進，形成一個電的環(huán)流。電子帶負電，所以正電環(huán)流產生的磁矩的方向與磁場方向相反，這就是抗磁性的來源！抗磁性朗之萬(P.Langevin)據上述抗磁性機理得到抗磁性磁化率公式：是單個原子的抗磁性磁化率；Z是電子環(huán)流的個數(shù)，相當于核電荷數(shù)；是電子距離原子核的距離r的平方的平均值。單位體積的抗磁性磁化率等于乘以單位體積中的原子數(shù)；一摩爾原子的抗磁性磁化率等于乘以阿伏伽德羅常數(shù)。任何原子或分子都具有抗磁性，但是對于原子，只有在S=L=0，從而μL=μS=0的情況下，抗磁性才顯現(xiàn)出來。順磁性具有磁矩的原子(J≠0)在磁場中各種取向的平均效果。順磁性磁化率同絕熱溫度成反比——居里定律。是單個原子的順磁性磁化率。是在絕對溫度T下，單個原子在磁場方向的平均磁矩。單位體積的順磁性磁化率等于乘以單位體積中的原子數(shù)；一摩爾原子的順磁性磁化率等于乘以阿伏伽德羅常數(shù)。順磁性順磁性磁化率比抗磁性磁化率大2~3個數(shù)量級。J≠0的原子在磁場作用下即有抗磁性也有順磁性。J=0的原子在磁場作用下只存在抗磁性。宏觀物體磁性的基礎是原子的磁性，但是宏觀物體的磁性不一定同原子的磁性一致；由分子組成的物體的磁性決定于分子；固體的磁性還和固體的機構有關。圓偏振右旋左旋原子和發(fā)出的光子作為整體的角動量是守恒的。光的角動量()方向和電矢量旋轉方向組成右手螺旋定則光的角動量方向光的角動量方向例2

討論Na雙線：，在外場中的分裂解：躍遷選擇定則：

(除外)(1)：1/2-1/2：1/2-1/2

0,+1,-1

，分為4條。(2)格羅春圖：3/21/2-1/2-3/2

：1/2-1/2

0,+1,-1

，分為六條。討論1.EPR測量原子基態(tài)朗德因子g；2.EPR波譜精細結構：多個共振吸收峰，反映原子受鄰近原子的作用情況，研究分子、固體、液體內部結構；3.EPR波譜超精細結構：受原子核磁矩的影響，一個磁能級分裂為2I+1(I<J)或2J+1(I>J)個超精細結構能