Електронний парамагнітний резонанс.

Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) — це фізичне явище, основною ознакою якого є поглинання електромагнітних хвиль речовиною поміщеною у зовнішнє магнітне поле.

Коли атом з магнітним моментом, відмінним від 0, помістити у магнітне поле, то кожен енергетичний рівень цього атома розщеплюється. Це зумовлено взаємодією магнітного момен­ту електрона з постійним магнітним полем. Відстань між підрівнями визнача­ється:

Нехай атом перебуває у постійному магнітному полі з індукцією В і з ним взаємодіє електромагнітна хвиля з частотою ν; причому виконується умова:

За рахунок енергії падаючої хвилі можуть відбуватись переходи між сусідніми підрівнями. Це явище називається електронним парамагнітним резонансом. Носіями магнітного моменту є електрони. Резонансний характер цього явища пояснюється чітко визначеною довжиною падаючої хвилі. При індукції В=10³ мТл резонансна частота рівна 10¹¹с^-1, що відповідає довжині хвилі λ =3 см. Отже, резонансні частоти знаходяться в радіодіапазоні.

Під впливом електромагнітної хвилі атоми з однаковою ймовірністю можуть переходити у вищий енергетичний стан або нижчий. У першому випадку енергія поглинається, а у другому — випромінюється. Якщо парамагнетик перебуває у стані термодинамічної рівноваги, то на нижньому рівні завжди знаходиться більше неспарених електронів, ніж на верхньому (розподіл Больцмана);

де Ν₁—кількість електронів на верхньому рівні. Ν₂ — кількість електронів на нижньому рівні.

Співвідношення між Ν₁ і Ν₂ визначає значення поглинутої енергії. Чим менше Ν₁/Ν₂, тим більше енергії поглинається. Отже, електронний парамагнітний резонанс—це вибіркове поглинання енергії радіочастотного поля в парамагнітних речовинах, які знаходяться у постійному магнітному полі. Для дослідження методом електронного парамагнітного резонансу використовують ЯМР-спектрометр.

Він складається з генератора електромагнітних хвиль (Г), хвилеводів (хв), об'ємного резонатора (ор) (провідні стінки), розмішеного між полюсами магніту, приймача (Пр) та реєструючого пристрою (РП). Приймач настроюють на частоту генератора, а зразок (зр) поміщають у резонатор. Плавно змінюючи магнітне поле, підбирають таку індукцію В, за якої виконується умова резонансу:

При цьому зразок інтенсивно поглинає енергію. Сигнал, зафіксований під час поглинання. Зафіксована смуга поглинання характеризується такими параметрами; інтегральною інтенсивністю, півшириною лінії та g-фактором.

Інтегральна інтенсивність характеризує концентрацію неспареннх електронів у зразку. Це дає змогу визначати, наприклад, концентрацію вільних радикалів у живих тканинах, на які діє радіація, а також досліджувати молекулярні механізми ферментативного каталізу на різних стадіях ферментативних реакцій.

Півширина смуги дає змогу визначити розщеплення енергетичних рівнів. Розширення резонансної смуги може бути зумовлено спін-спіновою та спін-гратковою взаємодіями. Характеристиками цієї взаємодії є час релаксації (Т_{спін-спінова}, Т_{спін-граткова}). Розширення резонансної смуги, зумовлене спін-спіновою взаємодією, пропорційне відстані між парамагнітними частками, тому можна за півшириною смуги виявити розміщення парамагнітних центрів у зразку, а також структуру парамагнітних молекул. Чим менший час спін-граткової взаємодії, тим більша ширина смуги (лінія 1).

У випадку постійної частоти значення В_рез залежить від g -фактора. Якщо g-фактор зразка, близький до g-фактора вільного електрона (g =2,0023), то неспарені електрони парамагнітної молекули поводять себе як вільні. Якщо g-фактор для зразка менший від 2,0023, то електрон взаємодіє з одним із атомом парамагнітної молекули. Таким чином, визначаючи g-фактор, можна отримати інформацію про внутрішньо-молекулярні зв'язки.

Дата добавления: 2015-07-10