电子顺磁共振EPR波谱技术的原理

电子顺磁共振EPR波谱 的基本概念，物质的顺磁性是由分子的永久磁矩产生的。根据保里原理：每个分子轨道上不能存在 2 个自旋态相同的电子，因而各个轨道上已成对的电子自旋运动产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中呈现顺磁性。电子自旋产生自旋磁矩： μ = ge β，其中 β 是玻尔磁子； ge 是无量纲因子，称为 g 因子； 自由电子的 g 因子为 ge = 2.0023，单个电子磁矩在磁场方向分量 μ = ( 1 /2) ge β。当电子自旋处于外磁场H的作用下时，有2个可能的能量状态：即 E =± 1/2( ge βH) ，能量差 ΔE = ge β H。这种现象称为塞曼分裂( Zeeman splitting) 。如果在垂直于H 的方向上施加频率为 hυ 的电磁波，当满足下面条件：hυ = ge β H，处于两能级间的电子发生受激跃迁，导致部分处于低能级中的电子吸收电磁波的能量跃迁到高能级中，于是就产生了顺磁共振现象。受激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处理可得到电子顺磁共振 EPR 吸收谱线，电子顺磁共振EPR波谱仪记录的吸收信号一般是一次微分线型，或称一次微分谱线。

g值可由下式计算得出，式中，H值对应的即为吸收曲线最高点，也就是微分曲线中峰顶和峰谷中间对应的磁场 H 值。由此便可计算出 g 因子。由 g 因子可大致判断所测试元素原子所处的化学环境及电子的状态。