§4.7电子顺磁共振谱 电子顺磁共振( Electron paramagnetic resonance简称EPR)或称电子自旋共振 ( Electron Spin Resonance简称ESR),是直接检测和研究含有未成对电子的顺磁性物 质的现代分析方法。 自从1945年物理学家柴伏依斯基( Zavoisky)发现电子顺磁共振现象至今已有 五十多年的历史,在半个多世纪中,EPR理论、实验技术、仪器结构性能等方面都 有了很大的发展,尤其是电子计算机技术和固体器件的使用,使EPR谱仪的灵敏 度、分辨率均有了数量级的提高,从而进一步拓展了EPR的研究和应用范围。EPR 这一现代分析方法在物理学、化学、生物学、医学、生命科学、材料学、地矿学和 年代学等领域内获得了越来越广泛的应用。 4.7.1基本原理 1.顺磁共振产生条件 当含有未成对电子的物质置于外磁场中时,由4.1.2节可知,电子的磁矩μ与外磁场 B的相互作用能为 E=-H·B (4.7.1) 式中O是n与Bn间的夹角,是μ沿BD方向的投影,m是电子的磁量子数,可取值为 S、S-1、…、-S,共2S+1个值。其相邻能级的能量差为 aE=geA (4.7.2) 如果只有一个未成对电子,则沿磁场B方向的分量m只取±两个值。其两种可能状态的 能量分别是 Ea=8eABBo, EB gloBO (4.7.3) (47.3)式表明,当B0=0时,Ea=E=0,两种自旋的电子具有相同的能量。当B0≠0时, 分裂为两个能级,能级分裂的大小与H成正比(如图471(a)所示),两能级间能量差为: E=E-E (4.7.4) 由(474)式知,顺磁物质分子中未成对电子在直流磁场作用下产生能级分裂,如果在垂 直于磁场B的方向上施加频率为v的电磁波,由于磁能级跃迁的选律是△ms=±1,所以当满 足下面条件 hv=gloBO (4.7.5) 则处在上下两能级的电子发生受激跃迁,其净结果是有一部分低能级中的电子吸收电磁波能 量跃迁到高能级中。这就是电子顺磁共振现象。(47.5)式称为FPR共振条件式,式中h是普朗§4. 7 电子顺磁共振谱 电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance 简称 EPR)或称电子自旋共振 (Electron Spin Resonance 简称 ESR)，是直接检测和研究含有未成对电子的顺磁性物 质的现代分析方法。 自从 1945 年物理学家柴伏依斯基（Zavoisky）发现电子顺磁共振现象至今已有 五十多年的历史，在半个多世纪中，EPR 理论、实验技术、仪器结构性能等方面都 有了很大的发展，尤其是电子计算机技术和固体器件的使用，使 EPR 谱仪的灵敏 度、分辨率均有了数量级的提高，从而进一步拓展了 EPR 的研究和应用范围。EPR 这一现代分析方法在物理学、化学、生物学、医学、生命科学、材料学、地矿学和 年代学等领域内获得了越来越广泛的应用。 4 . 7.1 基本原理 1．顺磁共振产生条件 当含有未成对电子的物质置于外磁场中时，由 4.1.2 节可知，电子的磁矩  与外磁场 B0 的相互作用能为： E =－·B0 = －B0 cos = －zB0= mSgeBB0 (4.7.1) 式中  是  与 B0 间的夹角，z 是  沿 B0 方向的投影，mS是电子的磁量子数，可取值为 S、S-1、、-S，共2S+1个值。其相邻能级的能量差为 E = ge B B0 （4.7.2） 如果只有一个未成对电子，则沿磁场B方向的分量mS只取 1 2 两个值。其两种可能状态的 能量分别是 0 0 2 1 ; 2 1 E = ge B B E = − ge B B (4.7.3) (4.7.3) 式表明，当B0＝0 时，Ｅ＝Ｅ＝0，两种自旋的电子具有相同的能量。当B0 0 时， 分裂为两个能级，能级分裂的大小与Ｈ成正比（如图4.7.1（a）所示），两能级间能量差为： E = E − E = ge B B0 (4.7.4) 由 (4.7.4)式知，顺磁物质分子中未成对电子在直流磁场作用下产生能级分裂，如果在垂 直于磁场B0 的方向上施加频率为 的电磁波，由于磁能级跃迁的选律是mS= 1，所以当满 足下面条件 h = ge B B0 (4.7.5) 则处在上下两能级的电子发生受激跃迁，其净结果是有一部分低能级中的电子吸收电磁波能 量跃迁到高能级中。这就是电子顺磁共振现象。(4.7.5)式称为EPR共振条件式，式中h是普朗