电子顺磁共振波谱仪——顺磁共振的研究对象及应用

顺磁共振技术具有独特的识别顺磁物质的能力。只要样品中含有未成对电子或通过紫外照射、氧化还原反应等方式能够产生未成对电子即可利用顺磁共振技术进行相关研究。（电子顺磁共振波谱仪）由于EPR对局部区域环境非常灵敏，（电子顺磁共振波谱仪）可用来阐明不成对电子附近的分子结构，研究分子的运动或流动的动态过程，因而它在化学、物理、材料、生物、医药等许多领域获得了广泛的应用。

单电子自由基

即含有一个未成对电子的原子或分子，包括有机分子自由基、芳香离子自由基、碎片自由基等。如环辛四烯是一个非平面分子，用碱金属还原可生成环辛四烯负离子自由基，所得EPR谱线是间距相等且强度比为1：8：28：56：70：56：28：8：1的九重峰，（电子顺磁共振波谱仪）表明环辛四烯负离子环上的八个质子是等性的，（电子顺磁共振波谱仪）说明环辛四烯经单电子转移反应生成负离子基后，构型发生变化，呈平面结构。

过渡金属离子

原则上，过渡金属原子轨道上含有未成对电子，是EPR的研究对象。（电子顺磁共振波谱仪）它们常以配合物或盐的形式存在，使EPR谱线很宽，理论处理比较复杂，解析时常常要考虑配位场的对称性和场强大小等。

含两个（或两个以上）未成对电子的分子

除过渡金属外，含两个（或两个以上）未成对电子的分子主要分为两类。

a、三重态分子。（电子顺磁共振波谱仪）这类化合物的分子轨道上有两个未成对电子，且彼此间的距离很近，有很强的相互作用。如二苯次甲基分子、氧分子等。还有些分子基态本身并非三重态，但在某些条件（如光照）下，可从逆磁性分子变成顺磁性分子（也称激发三重态分子），因此也可以用顺磁方法进行研究。（电子顺磁共振波谱仪）如萘、蒽等许多芳烃分子。

b、分子轨道上有两个（或多个）未成对电子的化合物，即双基或多基化合物。它们与三重态分子的区别在于分子中所含的两个或两个以上的未成对电子相距较远，（电子顺磁共振波谱仪）相互作用很弱，以至于它们的EPR波谱一般不呈现出精细结构。

其他（如色心、生物组织、半导体等）色心指的是固体的某些晶格缺陷，主要是点缺陷，如在晶格中有空位、在（取代或间隙）晶位中的杂质原子或离子、俘获电子中心、俘获空穴中心等。（电子顺磁共振波谱仪）在这些缺陷中，空位本身虽然并非顺磁性，但它的存在会形成某些顺磁中心，其他大部分缺陷则是顺磁性的。从EPR谱图中一般都能鉴别出点缺陷的品种和结构。

在生物医学领域，细胞代谢过程、酶反应机理及许多病理过程如衰老、癌变等都与自由基密切相关。（电子顺磁共振波谱仪）此外，利用EPR对半导体掺杂进行研究，可指导采用不同的掺杂技术获取不同性质的半导体。

顺磁共振也是一种研究物质结构的有效方法，它研究的对象必须是具有未配对电子的物质，如：①具有奇数个电子的原子，像氢原子。（电子顺磁共振波谱仪）②内电子壳层未被充满的离子。③具有奇数个电子的分子，如NO。④某些虽不含奇数个电子，但分子的总角动量不为零，如O2 ；⑤在反应过程或物质因受辐射作用中产生了自由基。（电子顺磁共振波谱仪）此外还有金属或半导体中的未偶电子等等。

通过对顺磁共振波谱的研究，可得到有关分子、原子或离子中未配对的电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关物质结构和化学键方面的知识。（电子顺磁共振波谱仪）例如在有机化学中，顺磁共振对研究自由基很重要。（电子顺磁共振波谱仪）动植物体内的自由基就是应用顺磁共振技术发现的。在癌症的预防和寻找治疗药物方面，用顺磁共振方法对有机体中的自由基进行测定。（电子顺磁共振波谱仪）一些药学工作者应用顺磁共振法来研究各种激素和维生素等药物的化学结构。