电子自旋共振实验

1 電 子 自 旋 共 振 實 驗 (Electron Spin Resonance Ex periment) 胡 裕 民 編 寫 一 . 實 驗 目 的 ： 1. 決 定 共 振 磁 場 B0 與 共 振 頻 率 ν之 間 的 函 數 關 係 。 2. 決 定 DPPH 的 電 子 自 旋 g-factor。 3. 決 定 共 振 訊 號 的 線 寬 度 δB0。 二 . 原 理 介 紹 ： 自 從 1945 年 E.K. Zav oisky 發 現 電 子 自 旋 共 振 (Electron Spin Resonance)的 現 象 之 後 ，ESR 在 物 理 、化學、生物 以及醫藥方面已成為研究分子 與 晶體結構、化學反應等性質一個相當重要的 量測方法。 它的 原 理 是利用順磁 (paramagnetic)物 質在 外加磁 場 下出現 電 子自 旋 狀態的 分離， 而有高頻 輻射(high-frequ ency radiation)的 吸收(absorption)現 象 。 ESR 現 象 僅出現 於順磁 物 質， 是因為在 此類物 質中， 電 子 的 軌道角動量(orbital angu lar momentu m)以及自 旋 (spin)的 耦合(cou pling)作用， 使得總角動量(total angu lar momentu m)不為零。 已知的 順磁 物 質計有： 化合物 中含有內層未填 滿 之 原 子 (例 如 ： 過 渡金 屬 (transition metals)、稀 土 (rare earths)元 素 )、含有個別 未成對 電 子 的 有機 分子 (organic molecu les)或 是含有晶格 空 位 (lattice v acancies)的 順磁 態晶體等。 伴 隨 著 總角動量 J的 磁 矩 (magnetic moment， μJ)可 表 示 為： JgBJJ (1) 其 中μB 為波 爾 磁 子 (Bohr magneton)、gJ 為 Landé splitting factor： 2 eBm2e (2) 在 外 加 磁 場 B0 下 ， 磁 矩 μJ 的 位 能 為 0J BE   (3) 因 為 磁 矩 以 及 總 角 動 量 在 外 加 磁 場 下 只 能 存 在 某 些 特 定 的 指 向 (orientation， 此 即 空 間 量子 化 Space Quantization)， 因 此 eq.3 的 位 能 是 量 子 化 的 。在 磁 場 中 ， 角 動 量 的 每 一 個 指向 對 應 到 一 個 特 定 位 能 的 狀 態 。總 角 動 量 平 行 於 磁 場 的 分 量Jz可 表 示 為 ： JzmJ  J) , . . . . . ,1J(,JmJ (4)...