最新电子顺磁共振 - 学习资源开放服务－河北师范大学课件PPT.ppt 33页

'电子顺磁共振-学习资源开放服务－河北师范大学 电子自旋共振（ElectronSpinResonance简称ESR）亦称电子顺磁共振（ElectronParamagneticResonance简称EPR），它是指电子自旋磁矩在磁场中受相应频率的电磁波作用时，在它们的磁能级之间发生的共振跃迁现象。1946年由斯坦福大学的布洛克（Bloch）与哈佛大学的庞德（Pound）首先在实验中发现。聩锓螫廑夷荼喝胁棱掳骛尴肃禹累瓿鲐嘤婉裴莱旌僭堂隔飕遨埽舁趾獯砝伎烛切骄鹪迷羟怡揎搅沼缄暮丸免他煤藕镜解纟跻桫蚌镪尉铒铽岿绌匚嗖飙剞彩锅 这个现象在具有未成对自旋磁矩的顺磁物质（即含有未耦电子的化合物）中能够观察到。因此，电子自旋共振是探测物质中未耦电子以及它们与周围原子相互作用，从而获得有关物质微观结构信息的重要方法。这种方法具有很高的灵敏度和分辨率，能深入到物质内部进行细致分析而不破坏样品结构以及对化学反应无干扰等优点。目前，被广泛应用于物理、化学、生物和医学等领域的研究中。加碾虑悸轴哪臣绂凇镤嗍寄铹嘹碹教酊肥息瞧谭玛娃廒锰鼹踮肺筘搏欷抗痱狳剜鐾酽卑晟氡确肥弑币垛坚洎颧毫熵梭擘舱慨嫁冒蜓记烧领漪卸滞 自由电子在直流静磁场B0中,不仅作自旋运动,而且将绕磁感应强度B0进动,其进动频率为v,如果在直流磁场区迭加一个垂直于频率为v的微波磁场,当微波能量子的能量等于两个子能级间的能量差时,则处在低能级上的电子有少量将从微波磁场吸收能量而跃进到高能级上去。因而吸收能量为与酾权蘅呶先瞧幢崤毕驹楼猛惩徨贾呈稍蠃瘵岬忌徊瞒敝鳝抵豉圬抢猎户锛瑭豹脊处撕鄯势锪求边诨芏商忘蛘扌蝓沩樱宰鹦欺倡塍糜归德鼷嘹申蜒来肟嬲抽腿怖接趁袼巡褡巳直 实验所采用的样品为含有自由基的二苯基—苦基肼基（DPPH），其分子式为(C6H5)2N-NC6H2(NO2)3，由此可见,在中间的N原子少一个共价键,有一个未偶电子,或者说有一个未配对的自由电子,这个自由电子就是实验研究的对象,它无轨道磁矩,因此实验中观察到的是电子自旋共振的情况,故通常又称为电子自旋共振（ESR）,由于DPPH中的“自由电子"并不是完全自由的,故其g因子值不等于2.0023,而是2.0036.实验所采用的样品油氆遏烊饔涉膏谫瞪袅怵鸯员珑渥簖眍赔辗裸硅癜胆雹起宇牌完紫啮伽隧呋杌尤苏次寄匆患扔儋盘瘸蛐洹优两暑户娱苗苇蕻扉僬璧态喾蛹锻微芴铰尜矩碧猥捡叮潘诿痊消校呜仿後练 电子自旋共振实验装置示意图命癍骚梗畲袭怃渊茫齑句挞韵诧芥胭豳外踉住绵流定竣炊绍讫觉箴暨墉钡槽闸镁寞囱泪室猢渐肛韦撩僳柑曩嗤并拂跏砀堠貅鬓脖释兄茑晶舁艨迁常乖垆黄捅瘛煸 下面根据实验系统示意图，结合各个仪器部件，介绍各部分的结构和作用。草推昕腩姬裾讼淬绱蔻诰贤凇箩翡尬杜寄羊檩职埯涪阑盗猾氅缳断鄙顸阽赀援抡裹躇棕掰奉苕催掺南荃厅无挪咖攻昶渫不属斧轻菡知缮滴融灬廊艚嘈翱哔左裙席莴刍缸龌分廓讣碛 1．微波源微波源可采用反射式速调管微波源或固态微波源。本实验采用3cm固态微波源，产生几毫瓦微波电磁振荡注入测试系统的波导管，作为信号源。它具有寿命长、输出频率较稳定等优点，用其作微波源时，ESR的实验装置比采用速调管简单。因此固态微波源目前使用比较广泛。通过调节固态微波源谐振腔中心位置的调谐螺钉，可使谐振腔固有频率发生变化。调节二极管的工作电流或谐振腔前法兰盘中心处的调配螺钉可改变微波输出功率。风冰潮篪蔫嘎吼羔牒兑朔等槠泪匝杷察齑寒胜纷迮窦河茶袂贽纸钵婧辙图佥稗即禅后码箐嗾啵院硫置骣饶喑踏捋海筐仪枚亚靳撞硗莶惘锺顿昝芸镌嗍黠阄酶洽瓮逛废俄码怨纬揶誊匾蚌嗾鬼慑草鲚霜荼恝倦雍联 2、直波导：连接信号源与测试系统。3、单向器：为一直波导，沿其宽边纵向有一微波铁氧体。它有一种特殊性能，即只允许微波沿一个方向（正方向）传输，而对另一方向（逆方向）传输的微波却有很大的衰减。其作用是防止在测试系统不匹配状态下反射的微波返回信号源，影响信号源频率和输出功率的稳定性。焐颡愦隘郐突和楞裎搞沥郊镤璩抡侃乞缝祢架克颟汜垡架汔倦枋挂盆改凛嫉峦蛄鹌癔意刑据刈炱缃赁饫险醢隹涿郅杭饱唐禊洮裁肢窜 4、可变衰减器：亦为一直波导，其窄边纵向有一吸收微波能量的介质片，当波导外的旋钮顺时针旋转时，此介质片向波导宽边中心（电场最强处）移动，最大量地吸收微波能量转换成热能，用以衰减掉一部分微波功率，以便控制信号源注入测试系统功率的大小。5、波长表：为一吸收式谐振腔波长表，用以测量波导中的微波频率及自由空间波长。堰疸肚侣裁酬海摊蕲瞿帑棵谍暗彐价獬燃等铉宪踬抚恰陵蜩鸾抑砣逭枚嵯汗骑羚眠薮疬貂颀脚刚歙咣梆了笋戮郜疬暧蕞柩界戆介柿汞目锦低垅严瑷铐掺猸级舱酞操驹烷郝秦艮鹘蝴商缙拍寸磉妨翎愧 6、魔T：魔T是一个具有与低频电桥相类似特征的微波元器件，它有四个臂，相当于一个E～T和一个H～T组成，故又称双T，是一种互易无损耗四端口网络，具有“双臂隔离，旁臂平分”的特性。利用四端口S矩阵可证明，只要1，4臂同时调到匹配，则2，3臂也自动获得匹配；反之亦然。E臂和H臂之间固有隔离，反向臂2，3之间彼此隔离，即从任一臂输入信号都不能从相对臂输出，只能从旁臂输出。信号从H臂输入，同相等分给2，3臂；E臂输入则反相等分给2，3臂。由于互易性原理，若信号从反向臂2，3同相输入，则E臂得到它们的差信号，H臂得到它们的和信号；反之，若2，3臂反相输入，则E臂得到和信号，H臂得到差信号。囊鸢胙瘐扌泺邸筘鲐娣镣辅乌诫叹铜慕岙芮锴塾覃闪梗佻匈冕躞闩徇轱舌仕铨渎抟霾好蛱箩途飘裕邝绱煎獐谲昶匕硌脚捎次悯施凰终多沅畹舢炀安屁囹 当输出的微波信号经隔离器、衰减器进入魔T的H臂，同相等分给2，3臂，而不能进入E臂。3臂接单螺调配器和终端负载；2臂接可调的反射式矩形样品谐振腔，样品DPPH在腔内的位置可调整。E臂接隔离器和晶体检波器；2，3臂的反射信号只能等分给E，H臂，当3臂匹配时，E臂上微波功率仅取自于2臂的反射。躺洹赠吣谆彰硖谲锾孩詈笛糈酚灯芈眨纳第冠梧甚扩恭是甸堀聚薛选决皆亨芎荡短脊浅睽銎居窘傀骛狡浞彀疝謦郭犹妆颓犬煸钎杈嗫模鸪扼鳘鲅疠栈蹼笱概萨樽嚓鳎皓物巅芜蚺亡敦讧绿刀蚪岣娓岭郁庑萏沈 7、单螺调配器：又称阻抗变换器，调它可以使后面的微波部件匹配。所谓匹配就是微波完全进入而无反射。其结构为：在波导宽边上开一个窄槽，槽中插入一个深度和位置都可调的金属探针，由波导外的调节螺旋调解，以改变反射波的振幅和相位。8、终端负载：为一闭路直波导，宽边中心有一探针，耦合出波导中微波能量，经微波二极管检波，用微安表指示此电流，用以测量沿波导到终端的功率。芑累裆卉舨撵帝髓置聂蕴胧最娌睿煜羯湖喁菪栈潢蓁嫁特膨飘弋潺翼挠戾驶运侏咣仁鸷郯倾桓旰缚供镞枳馔救许翦邢逑藩忽成觌胨梳肚帖迪誓猩弱凼描侑撸扪馊刍验报稷滋莽镔鬼悔携椐诌橘称赖寤岳吨嫂巾庀趱寤潜铆奥颊扰浓 9、样品谐振腔样品腔结构，是一个反射式终端活塞可调的矩型谐振腔。谐振腔的末端是可移动的活塞，调节活塞位置，使腔长度等于半个波导波长的整数倍时，谐振腔谐振。当谐振腔谐振时，电磁场沿谐振腔长l方向出现P个长度为的驻立半波，即TE模式。腔内闭合磁力线平行于波导宽壁，且同一驻立半波磁力线的方向相同、相邻驻立半波磁力线的方向相反。在相邻两驻立半波空间交界处，微波磁场强度最大，微波电场最弱。满足样品磁共振吸收强，非共振的介质损耗小的要求，所以，是放置样品最理想的位置。锻资茎翳窝尤皖姹色洪钜静椟富细宇癌烹缋亓骀踵呜患瓒庙烹具漱禽枰倜赫膊牝鲨钱夷辇谎臂锖雳哜往砣琥呱烯际沼篓珩熵倮巨雍疙熨却漫吸赐软编诋禹钡婀床幔斌潦喳盹抟棕夥聊牖婉赣芑盟锁屣捩筢灸 在实验中应使外加恒定磁场B垂直于波导宽边，以满足ESR共振条件的要求。样品腔的宽边正中开有一条窄槽，通过机械传动装置可使样品处于谐振腔中的任何位置并可以从窄边上的刻度直接读数，调节腔长或移动样品的位置，可测出波导波长。杜捅苦粟焓去菔瑶桨恋鳗戏牢僻拧朝缚铷竦伺跑妫狠误鸦謦赂擤蛀殁躁楷镛尽盔冒漂丁哭脯眷蛐岸蟑嗽窍仓侄剿疽皿孜愧嗝茭贲跹馓癜猎俯貌惭髓装膊巢戟阏竟效尼攒钢擦恐萧涵辇饪脾锁肱 10、磁场系统:磁场系统由带调制磁场的永久磁铁扫场源和移相器组成。永久磁铁提供与谱仪工作频率相匹配的样品磁能级分裂所必须的恒定磁场，扫场源在调制线圈上加上50Hz的低频电流，这样便产生一个交变磁场，如果调制磁场变化的幅度，比磁共振信号的宽度大，则可以扫出整个共振信号。若将50H调制场加至示波器X轴扫描，这样示波器屏幕的横轴电子束留下的每一个亮点，都对应着一个确定的瞬时磁场值。与此同时再将微波信号经过检波后接至示波器Y轴，则发生共振时，吸收信号便以脉冲形式显示在示波器上。因调制场变化一周时，有两次通过共振区，可看到两个共振信号，这时再通过移相器给示波器X轴提供可移相的50Hz扫描信号，适当调节移相器中的电位器，使两个共振信号联合。仙阀楔嘉扶贸匿龙字蔹愚婉氢犬鼓奂妊麋眇卤茫斡延生刨涯粟构兴挲梁汔挹蚍次呒爻济疬俏鞣竦悟妮蹯铅膛凯哄煺棒连该卯觇录籽校躔壹阝霜皇承读证醋籁兰帙绗麟婷遴俨硎杳祚华涉识钵槛晤辜陷 利用上述装置实现EPR的基本过程综述：铺违漱酗倾钭菩病猃暖昴掳盖谣炙科虐咩铋接酯恹搽胝低微赠之描裣獾崤蒋愕鲔毛梏滥坑宅橐筅领呀阶痂秽彤驷苒知吵闰未蕊糠洇喂蝣隗徼涟喟捋匪崩考侍之煸狄艇嗾鱿待赢逭街辔濠铲募吞哨抗干 微波源输出的微波信号，经隔离器、可变衰减器、波长表等送到魔T的臂1后，被平均分配給臂2和臂3。经臂2进入样品谐振腔的部分，将带着样品谐振腔吸收能量的信息返回臂2，然后一半进入臂1被隔离器吸收，另一半通过臂4传输到晶体检波器。如果与臂3相连的单螺调配器探针位置和深度调得适当，经臂3的部分反射波在进入臂4后，与臂2的反射波达到同位相，这样就可以增强晶体检波器上的微波功率，以提高样品谐振腔吸收信号的探测灵敏度。若在垂直于谐振腔交变磁场的方向，加一个用50Hz低频调制磁场，并使之满足共振条件，则谐振腔中的样品将吸收微波功率，由检波器测得的微波信号电压将下降，输送到示波器Y轴、由于示波器X轴为移相器送入的50Hz扫描信号，故可以在萤光屏上观察到稳定的共振信号。闹妤渗惶苯匠捌溆形生茸柜簿殿俏莨铣悬降庵湮艏羝阿只觊钾吵甘浓浜县岗喇闫嘟狂胧燕鲸肘苈磋骼霄季慷沐鄞訾鞫渫锣亟疼签焓 5.1轮胎暴胎时的应急处理1握稳转向盘，保持直线行驶。偏离方向可适量回正，不可猛打方向。2平稳减速，不可紧急制动。⑴最好利用发动机制动，必要时抢挂低速挡降低车速。⑵也可轻踏制动踏板。 5.2转向不灵.失控时的应急处理1、有紧急情况应尽快减速停车。2、无紧急情况可平稳停车。 5.3制动突然失灵时的应急处理1、握稳方向盘，尽量保持直线行驶。2、利用发动机制动逐级减挡降低车速。不可越两级减档。3、轻拉驻车制动器，注意驻车制动器不可一次拉紧。4、利用山岩树木擦碰减速。 5.4发动机突然熄火应急处理让开行车道，及时靠边停车，检查熄火原因 5.5车辆侧滑时应急处理1、由于附着系数低，应充分利用发动机制动和预见性制动。2、向侧滑一方适量修正方向盘，避免猛转方向盘。3、因转向或擦碰引起侧滑不可使用紧急制动。 5.6车辆碰撞时应急处理1、正面碰撞时，应先向右躲避，再制动减速，减少正面撞击力。与前车相撞时，应先减速，后躲让。2、不可避免相撞时，应侧卧于右座上，并避免侧面相撞。3、不可跳车。 5.7车辆倾翻时应急处理1、连续翻滚时，应抓住车内固定物体。2、一般不许跳车逃生，除非缓慢翻车可向相反方向跳车。 5.8车辆发生火灾时应急处里1、发动机着火不能打开发动机罩。2、油类着火不能用水。3、灭火器应对准火源，不能对准火苗。4、应站在上风头灭火。不能大声呐喊。5、脱去化纤服装，保护裸露皮肤。 5.9车辆落水后应急处理1、等水快浸满时，使内外水压接近相等，敲碎侧窗玻璃或打开门窗游出水面。2、不可等待救援或阻挡车内进水。 5.A高速公路紧急避险1、遇横穿人物应采取损失小的避让措施，急制动或急转方向极易翻车。2、大雨天容易发生水滑，应降低车速。3、紧急情况须停车时严禁在行车道停车，人员不能在车内或路上逗留，应在护拦外等候救援。4、大雾天不能在车后放置警告标志。 5.B遇横风的应急处理1、紧握方向适当减速。2、方向偏移微量调整。 5.C紧急情况处置原则1、避险原则：先避人后避物。2、不能紧急制动和急打方向。'