顺磁共振课1.ppt

波谱学(化学学院研究生课) 电子顺磁共振谱 核磁共振谱 红外光谱 激光拉曼光谱 X-射线谱 目 录 ESR的研究对象 ESR基本原理 波谱参数: g 因子 超精细结构确(h f s ) 线宽与线型 谱线的强度 ESR谱的特征 样品 实验方法 具有超精细结构的溶液ESR谱 实际应用 1.自由基： 吸烟过程中产生对人体有害的自由基 2.过渡族金属离子及其化和物 3d1 V4+ 3d5 Fe3+ , Mn2+ 3d9 Cu2+ , 4d1 Mo5+ , 5d1 W5+ 4f 7 Eu2+ , Gd3+ 在分子筛，催化剂，蔟合物，纳米材料，生物酶中都有上述过渡族金属离子。 3.其他 晶格缺陷：局部电中性破坏，形成点缺陷，例如： F心 电子中心 V心 空穴中心 辐照石英沙 Ag2O3 - O – 解决办法： (1) 辐照, 电解, 氧化还原 方法 制成相应的自由基 或离子. (2) 自旋标记法: 将带有ESR信息的化合物标记到被研究的物质中去. (3)自旋俘获法: 用自旋俘获剂俘获短寿命自由基. 二.ESR的基本原理1.小磁体在直流磁场中的行为 2.电子的自旋磁距与自旋角动量的关系 根据量子力学: μ = - g βS 3. 将(2)代入(1) 求E: E = -μ· H 4.能级差ΔE ΔE= Eα- Eβ = 1/2 g β H + 1/2 g β H = g β H ΔE = g β H 5. ESR现象 三.波谱参数: g因子 1.g因子的定义 μ = - g βS (1) 自由电子 g = ge = 2.0023 (2) 自由 基 g ge = 2.0 (3) 顺磁分子体系 : g 的分布范围广 g = 1.9 ---- 10 之间 晶场的作用:自旋磁距的贡献 轨道磁距的贡献 引出局部磁场的问题**g因子在本质上反映了分子内部局部磁场的特征,它是提供分子结构信息的一个重要参数. 2. g因子的特点: (1)自由基: g ge 精确到小数后4位 负离子 正离子 (2)过渡族金属离子及其化合物 d壳层电子数小于半充满 g ge d壳层电子数大于半充满 g ge d壳层电子数等于半充满 g ge 3. g因子的几种实际情况 (1)自由电子 g = g e = 2.0023 (2)自由原子 g = g J 气体 (3)中介情况 μ = - βg · S 总的等效磁距 各向异性 各向异性的 等效磁距μ与磁场之间的相互作用能 = -μ· H =β H · g · S 电子的塞曼项 自旋哈密顿算符 g 各项异性 需求矩阵,求9个元素,对角化后: gxx 0 g = gyy 0 gzz 4.简化问题(简化g的计算) 从分子的对称性简化 (1)对称结构 如八面体,立方体中的离子, CuSO4 gxx = g yy = g zz = g 0 谱的特征: 稀溶液,分子快速滚动 , 平均. g平均 = 1/3 (gxx + g yy + g zz ) (2) 轴对称结