1、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-750編號(hào)：_電子順磁共振 實(shí)驗(yàn)報(bào)告編輯：_日期：_單位：_電子順磁共振 實(shí)驗(yàn)報(bào)告用戶指南：該報(bào)告資料適用于任務(wù)完成后進(jìn)行全面的總結(jié)，從中深入細(xì)致地回顧、檢查，找出成績(jī)與缺點(diǎn)、勝利與失敗、經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)前段工作作出客觀評(píng)價(jià)，使得所有人員對(duì)問題的認(rèn)識(shí)更一致，思想更統(tǒng)一。可通過修改使用，也可以直接沿用本模板進(jìn)行快速編輯。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)電子順磁共振的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法；2. 了解、掌握電子順磁共振譜儀的調(diào)節(jié)與使用；3. 測(cè)定DMPO-OH 的EPR 信號(hào)。二、實(shí)驗(yàn)原理1.電子順磁共振（電子自

2、旋共振）電子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或電子順磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR)，是指在穩(wěn)恒磁場(chǎng)作用下，含有未成對(duì)電子的原子、離子或分子的順磁性物質(zhì),對(duì)微波發(fā)生的共振吸收。1944年，蘇聯(lián)物理學(xué)家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次從CuCl2 、MnCl2等順磁性鹽類發(fā)現(xiàn)。電子自旋共振（順磁共振）研究主要對(duì)象是化學(xué)自由基、過渡金屬離子和稀土離子及其化合物、固體中的雜質(zhì)缺陷等，通過對(duì)這類順磁物質(zhì)電子自旋共振波譜的觀測(cè)（測(cè)量因子、線寬、弛豫時(shí)間、超精細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)等），可了解這些物質(zhì)中未成對(duì)電子狀態(tài)及所處環(huán)境的

3、信息，因而它是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要工具。由于這種方法不改變或破壞被研究對(duì)象本身的性質(zhì)，因而對(duì)壽命短、化學(xué)活性高又很不穩(wěn)定的自由基或三重態(tài)分子顯得特別有用。近年來，一種新的高時(shí)間分辨ESR技術(shù)，被用來研究激光光解所產(chǎn)生的瞬態(tài)順磁物質(zhì)（光解自由基）的電子自旋極化機(jī)制，以獲得分子激發(fā)態(tài)和自由基反應(yīng)動(dòng)力學(xué)信息，成為光物理與光化學(xué)研究中了解光與分子相互作的一種重要手段。電子自旋共振技術(shù)的這種獨(dú)特作用，已經(jīng)在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2.EPR基本原理EPR 是把電子的自旋磁矩作為探針，從電子自旋磁矩與物質(zhì)中其它部分的相互作用導(dǎo)致EPR 譜的變化來研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的，

4、所以只有具有電子自旋未完全配對(duì)，電子殼層只被部分填充（即分子軌道中有單個(gè)排列的電子或幾個(gè)平行排列的電子）的物質(zhì)，才適合作EPR 的研究。不成對(duì)電子有自旋運(yùn)動(dòng)，自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生自旋磁矩, 外加磁場(chǎng)后，自旋磁矩將平行或反平行磁場(chǎng)方向排列。經(jīng)典電磁學(xué)可知，將磁矩為的小磁體放在外磁場(chǎng)H 中，它們的相互作用能為：E-· H = -H cos這里為與H 之間的夾角,當(dāng)= 0 時(shí)，E = -H, 能量最低，體系最穩(wěn)定。=時(shí)，E=H，能量最高。如果體系從低能量狀態(tài)改變到高能量狀態(tài)，需要外界提供能量；反之，如果體系由高能量狀態(tài)改變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)，體系則向外釋放能量。根據(jù)量子力學(xué)，電子的自旋運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的磁矩為

5、：s=gS其中S 是自旋算符，它在磁場(chǎng)方向的投影記為MS, MS 稱為磁量子數(shù)，對(duì)自由電子的MS 只可能取兩個(gè)值，MS=±1/2, 因此，自由電子在磁場(chǎng)中有兩個(gè)不同的能量狀態(tài)，相應(yīng)的能量是：E±=±(1/2)geH記為： E= +(1/2)geHE= -(1/2)geH式中E代表自旋磁矩反平行外磁場(chǎng)方向排列，能量最高；E代表平行外磁場(chǎng)方向排列，能量最低。但當(dāng)H=0 時(shí)，E=E, 相應(yīng)的Ms=±1/2 的兩種自旋狀態(tài)具有相同的能量。當(dāng)H0 時(shí)，能級(jí)分裂為二，這種分裂稱為Zemman 分裂。它們的能級(jí)差為：Ee=geH若在垂直穩(wěn)恒磁場(chǎng)方向加一頻率為的電磁輻射

6、場(chǎng)，且滿足條件：h = gH式中，h為Planck 常數(shù)，為Bohr 磁子，g 朗德因子;則處在低能態(tài)的電子將吸收電磁輻射能量而躍入高能量狀態(tài)，即發(fā)生受激躍遷，這就是EPR 現(xiàn)象。因而，h = gH 稱為實(shí)現(xiàn)EPR 所應(yīng)滿足的共振條件。3因子自由電子g=ge=2.002，實(shí)際情況下g=h?/?B(H0+H)，g反映分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)（因附加磁場(chǎng)H與自旋、軌道及相互作用有關(guān))，自由基g值偏離很少超過±0.5%，非有機(jī)自由基，g值可以在很大范圍內(nèi)變化，過渡金屬離子，因軌道角動(dòng)量對(duì)磁矩有貢獻(xiàn)，g偏離ge。4.主要特征由于通常采用高頻調(diào)場(chǎng)以提高儀器靈敏度，記錄儀上記出的不是微波吸收曲線（由吸收系數(shù)

7、X''對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度H作圖）本身，而是它對(duì)H的一次微分曲線。后者的兩個(gè)極值對(duì)應(yīng)于吸收曲線上斜率最大的兩點(diǎn)，而它與基線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于吸收曲線的頂點(diǎn)。g值從共振條件hv=gH看來，h、為常數(shù)，在微波頻率固定后，v亦為常數(shù)，余下的g與H二者成反比關(guān)系，因此g足以表明共振磁場(chǎng)的位置。g值在本質(zhì)上反映出一種物質(zhì)分子內(nèi)局部磁場(chǎng)的特征，這種局部磁場(chǎng)主要來自軌道磁矩。自旋運(yùn)動(dòng)與軌道運(yùn)動(dòng)的偶合作用越強(qiáng)，則g值對(duì)ge（自由電子的g值）的增值越大，因此g值能提供分子結(jié)構(gòu)的信息。對(duì)于只含C、H、N和O的自由基，g值非常接近ge，其增值只有千分之幾。當(dāng)單電子定域在硫原子時(shí)，g值為2.02-2.06。多數(shù)過渡

8、金屬離子及其化合物的g值就遠(yuǎn)離ge，原因就是它們?cè)又熊壍来啪氐呢暙I(xiàn)很大。例如在一種Fe3+絡(luò)合物中，g值高達(dá)9.7。線寬通常用一次微分曲線上兩極值之間的距離表示（以高斯為單位），稱“峰對(duì)峰寬度”，記作Hpp。線寬可作為對(duì)電子自旋與其環(huán)境所起磁的相互作用的一種檢測(cè)，理論上的線寬應(yīng)為無限小，但實(shí)際上由于多種原因它被大大的增寬了。超精細(xì)結(jié)構(gòu)如在單電子附近存在具有磁性的原子核，通過二者自旋磁矩的相互作用，使單一的共振吸收譜線分裂成許多較狹的譜線，它們被稱為波譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。設(shè)n為磁性核的個(gè)數(shù)，I為它的核自旋量子數(shù)，原來的單峰波譜便分裂成（2nI+1）條譜線，相對(duì)強(qiáng)度服從于一定規(guī)律。在化學(xué)和生物學(xué)中最

9、常見的磁性核為1H及14N，它們的I各為1/2及1。如有n個(gè)1H原子存在，即得（n+1）條譜線，相對(duì)強(qiáng)度服從于（1+x）n中的二項(xiàng)式分配系數(shù)。如有n個(gè)14N原子存在，即得（2n+1）條譜線，相對(duì)強(qiáng)度服從于（1+x+X2）n中的3項(xiàng)式分配系數(shù)。超精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)于自由基的鑒定具有重要價(jià)值。吸收曲線下所包的面積可從一次微分曲線進(jìn)行兩次積分算出，與含已知數(shù)的單電子的標(biāo)準(zhǔn)樣品作比較，可測(cè)出試樣中單電子的含量，即自旋濃度。5.主要檢測(cè)對(duì)象 可分為兩大類：在分子軌道中出現(xiàn)不配對(duì)電子（或稱單電子）的物質(zhì)。如自由基（含有一個(gè)單電子的分子）、雙基及多基（含有兩個(gè)及兩個(gè)以上單電子的分子）、三重態(tài)分子（在分子軌道中亦具有

10、兩個(gè)單電子，但它們相距很近，彼此間有很強(qiáng)的磁的相互作用，與雙基不同）等。在原子軌道中出現(xiàn)單電子的物質(zhì)，如堿金屬的原子、過渡金屬離子（包括鐵族、鈀族、鉑族離子，它們依次具有未充滿的3d，4d，5d殼層）、稀土金屬離子（具有未充滿的4f殼層）等。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟羥基自由基（?OH）等氧自由基是主要的活性物種，然而由于?OH 的活性高、壽命短，因而難以直接測(cè)定。捕獲劑捕獲短壽命的氧自由基生成相對(duì)穩(wěn)定的、壽命較長(zhǎng)的自由基，這些具有順磁性的有機(jī)物種在磁場(chǎng)和微波的協(xié)同作用下容易被EPR 分析檢測(cè)。 DMPO 是一種對(duì)氧自由基捕集效率很高的自旋捕集劑，而且形成的自旋加合物，DMPO-OH，有很特征的超精細(xì)分裂圖譜和超精細(xì)分裂常數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：1、取適量DMPO樣品于樣品管中裝樣，將樣品管一端封住；2、在插入樣品管前用紙擦拭確保其干凈；3、樣品管垂直放入諧振腔，等待EPR 檢測(cè)。4、調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，得到譜圖。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論得到數(shù)據(jù)見附圖。從圖中可見，DMPO-OH 的EPR 波譜由四條譜線組成，強(qiáng)度比為1:2:2:1。五、實(shí)驗(yàn)心得電子順磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的區(qū)別：a. EPR和N