电子顺磁共振基本原理——EPR(ESR)和NMR的比较

电子顺磁EPR (ESR)是研究电子磁矩在外磁场中的电子塞曼分裂及与电磁场相互作用引起的能级间的共振跃迁。NMR是研究核磁矩在外磁场中的核塞曼分裂及与电磁场相互作用引起的能级间的共振跃迁。

电子顺磁EPR (ESR)的共振频率在微波波段，如0.34T(9.5GHz) , 1.25T(35GHz)。NMR的共振频率在射频波段，如6.97T (300MHz),18.6T(800MHz)。

注意：电子顺磁EPR (ESR)的外静磁场小，但是共振频率大。

由于电子磁矩远大于核磁矩，所以电子顺磁EPR(ESR)的灵敏度比H NMR的灵敏度高，电子顺磁EPR (ESR)检出所需自由基的绝对浓度约在10-8 mol/L数量级。例如，用质子磁矩与电子磁矩进行比较：

灵敏度与磁矩的三次方成正比，所以电子顺磁EPR(ESR)的灵敏度比1H NMR的灵敏度大8个数量级

与NMR类似，在分子中的未成对电子的共振频率与自由电子有所差异。但是表示方法不同。对于NMR，通常用化学位移δ来表示，而对于EPR (ESR)，用g因子来表示。电子顺磁EPR (ESR)实验一般是固定电磁场频率扫描外静磁场。当达到共振条件时，外静磁场不同，一般可以直接用磁场强度来表示电子顺磁EPR (ESR)结果。但是对于不同的仪器，必须用相对值表示。g值就可以表示这种相对值。

在研究NMR时核磁矩与核磁矩之间存在自旋偶合，并用偶合常数J来表示相互作用的大小。类似地，在电子顺磁EPR中，电子磁矩与核磁矩之间也存在自旋偶合，并用超精细偶合常数α表示相互作用的大小，如图20-7所示。例如，氢原子的EPR谱中，电子磁矩被1H核分裂为两重峰。裂距就是精细偶合常数α。

对于具有两个或两个以上未成对电子的多重态自由基或顺磁离子，由于两个电子磁矩之间存在相互作用，在无外磁场(零场）时能级也发生分裂，称为零场分裂。下面以具有两个未成对电子的三重态为例进行说明。