SCIENCE1微波电子顺磁共振天津理工大学理学院实验中心
微波电子顺磁共振 天津理工大学理学院实验中心
SCIENCES目录实验背景实验目的三四五六七八实验原理实验仪器实验样品实验内容及要求注意事项思考题
一、实验背景 二、实验目的 三、实验原理 四、实验仪器 五、实验样品 六、实验内容及要求 七、注意事项 八、思考题 目录
SCIENCE实验背景一电子顺磁现象现象首先是由苏联物理学家E：K：扎沃伊斯基于1944年从MnCl、CuCl,等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用于研究复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题电子顺磁共振技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用
◆ 电子顺磁现象现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从 MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。物理学家最初用于研究复杂原子的电子 结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。 ◆ 电子顺磁共振技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射 化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地 质探矿等许多领域内得到广泛的应用。 一、实验背景
SCIENCE实验目的二、观察、研究微波段的电子顺磁共振现象，测量DPPH中电子的g因子了解、掌握微波仪器和器件的应用。2
二、实验目的 1. 观察、研究微波段的电子顺磁共振现象，测量DPPH中电子的g因子。 2. 了解、掌握微波仪器和器件的应用
SCIENCES三、 实验原理在外磁场Bz中，电子自旋磁矩与Bz相互作用，产生能级分裂，其能量差为在与Bz垂直的平面内加一频率为的微波磁场B，，当满足AE=guB处于低能级的电子就要吸收微波磁场的能量，在相邻能级间发生共振跃迁即顺磁共振。AEguB.hh
三、实验原理 在外磁场Bz中，电子自旋磁矩与Bz相互作用，产生能级分裂，其能量差为 在与Bz垂直的平面内加一频率为f的微波磁场B1，当满足 处于低能级的电子就要吸收微波磁场的能量，在相邻能级间发生共振跃迁， 即顺磁共振。 E = g B Bz h g B h E f B z = =
SCIENCE三、实验原理微波顺磁共振有通过法和反射法。反射法是利用样品所在谐振腔对于入1.射波的反射状况随着共振的发生而变化，因此，观察反射波的强度变化就可以得到共振信号。反射法利用微波器件来平衡微波源的噪声，所以有较高的灵敏度。为了观察共振信号，通常采用调场法，在直流磁场BD上迭加一个交变2.调场BAcosot，这样样品上的外磁场为B=BD+BAcosot。当磁场扫过共振点满足hfB =gμB发生共振，改变谐振腔的输出功率或反射状况，通过示波器显示共振信号
1. 微波顺磁共振有通过法和反射法。反射法是利用样品所在谐振腔对于入 射波的反射状况随着共振的发生而变化，因此，观察反射波的强度变化就可 以得到共振信号。反射法利用微波器件来平衡微波源的噪声，所以有较高的 灵敏度。 2. 为了观察共振信号，通常采用调场法，在直流磁场BD上迭加一个交变 调场BAcosωt，这样样品上的外磁场为B= BD +BAcosωt。当磁场扫过共振点， 满足 发生共振，改变谐振腔的输出功率或反射状况，通过示波器显示共振信号。 g B h f B = 三、实验原理
SCIENCE8四、客实验仪器变容二极管阻抗调配器扭波导环形器X4体效应管区区隔离器a电源输入端+12V频率调节示波器图1.3微波源激波调区晶体检波器Q9输出头阻抗匹配器谱报腔样品扫描输出直流输出短路活塞消节螺丝检波二极管装置原理图
四、实验仪器 N S 直流输出 扫描输出 谐振腔 样品 扭波导 阻抗调配器 环形器 隔离器 微波源 晶体检波器 示波器 阻抗匹配器 装置原理图 体效应管 变容二极管 频率调节 电源输入端+12V 图1.3 微波源 调节螺丝 Q9输出头 检波二极管 短路活塞
SCIENCES四、实验仪器
四、实验仪器
SCIENCE五、实验样品样品是含有自由基的二苯基一苦基耕基（DPPH），其结构式如下图所示NONONO在中间的N原子少一个共价键，有一个未偶电子或者说有一个未配对的自由电子，这个自由电子就是实验研究的对象，它无轨道磁矩，因此实验中观察到的是电子自旋共振的情况故通常又称为电子自旋共振（ESR）
五、实验样品 样品是含有自由基的二苯基—苦基肼基（DPPH），其结构式如下图所示。 在中间的N原子少一个共价键,有一个未偶电子或者说有一个未配对的自由电子,这个自 由电子就是实验研究的对象,它无轨道磁矩,因此实验中观察到的是电子自旋共振的情况， 故通常又称为电子自旋共振（ESR）
SCIENCE六、实验内容及要求本实验要求观察、研究微波段的电子顺磁共振现象，测量、计算DPPH中1电子的因子并和理论值相比较认真阅读实验原理、注意事项、仪器使用说明书及思考讨论题，在实验室2.结合仪器拟出实验方案、操作步骤、记录表格及有关问题实验中独立操作，对出现的问题认真分析，必要时与实验指导教师讨论解3.决。实验结束后做出实验小结
六、实验内容及要求 1. 本实验要求观察、研究微波段的电子顺磁共振现象，测量、计算DPPH中 电子的g因子并和理论值相比较。 2. 认真阅读实验原理、注意事项、仪器使用说明书及思考讨论题，在实验室 结合仪器拟出实验方案、操作步骤、记录表格及有关问题。 3. 实验中独立操作，对出现的问题认真分析，必要时与实验指导教师讨论解 决。实验结束后做出实验小结