电子自旋共振 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材 料中，因此被称为电子顺磁共振：因为分子和周体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子 自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共 振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进 行电子顺磁共振实验。 【实验目的】 1、熟悉电子自旋共振原理和仪器使用。 2、观察电子自旋共振现象。 3、测量g因子及其共振线宽 【预习思考题】 1、本实验原理和方法是什么？ 2、本实验中谐振腔的作用是什么？ 3、样品应位于什么位置？为什么？ 【实验原理】 原子的磁性来源于原子磁距。由于原子核的磁矩很小，可以略去不计，所以原子的磁距由原子中 各电子的轨道磁矩和自旋磁矩所决定。原子的总磁矩山与P,总角动量之间满足以下关系： 4=-g4月/h=yB (1) 式中为玻尔磁子，h为约化普明克常量。由上式得知：回磁比「=一g/方 按照量子理论，电子的L一S耦合结果，朗德 g=1+J0+1)+SS+1)L(L+1)/2+1) (2) 由此可见，若原子的磁矩完全由电子自旋磁矩贡献(L=0,J=S),则g2。反之，若磁距完全由 电子的轨道磁矩所贡献(S=0,J=L),则g=1。若自旋和轨道磁矩两者都有贡献，则g的值介乎1和2 之间。因此，精确测定g的数值便可判断电子运动的影响，从而有助于了解原子的结构。在外磁场B中， 电子自旋磁矩与B相互作用，产生能级分裂，其能量差为 △E=g4BB0 (3) 其中g为自由电子的朗德因子，g=2.0023 在与B垂直的平面内加一频率为的微波磁场B1,当满足 (4)电子自旋共振 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材 料中，因此被称为电子顺磁共振；因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子 自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共 振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进 行电子顺磁共振实验。 【实验目的】 1、熟悉电子自旋共振原理和仪器使用。 2、观察电子自旋共振现象。 3、测量 g 因子及其共振线宽。 【预习思考题】 1、 本实验原理和方法是什么？ 2、 本实验中谐振腔的作用是什么？ 3、 样品应位于什么位置？为什么？ 【实验原理】 原子的磁性来源于原子磁距。由于原子核的磁矩很小，可以略去不计，所以原子的磁距由原子中 各电子的轨道磁矩和自旋磁矩所决定。原子的总磁矩μJ与PJ，总角动量之间满足以下关系： J BJ J μ =− = g P/ P μ γ h (1) 式中μB为玻尔磁子， B ħ为约化普朗克常量。由上式得知：回磁比 B r g/ = − μ h 按照量子理论，电子的 L－S 耦合结果，朗德 g 1+[J(J+1)+S(S+1)-L(L+1)]/2J(J+1) = (2) 由此可见，若原子的磁矩完全由电子自旋磁矩贡献（L＝0，J＝S），则g=2。反之，若磁距完全由 电子的轨道磁矩所贡献（S＝0，J＝L)，则g＝1。若自旋和轨道磁矩两者都有贡献，则g的值介乎 1 和 2 之间。因此，精确测定g的数值便可判断电子运动的影响，从而有助于了解原子的结构。在外磁场B0中， 电子自旋磁矩与B0相互作用，产生能级分裂，其能量差为 Δ = μ B BgE 0 （3） 其中 g 为自由电子的朗德因子，g=2.0023。 在与B0垂直的平面内加一频率为f的微波磁场B1，当满足 h Bg h E f μ B 0 = Δ = （4） 20