[文章導(dǎo)讀] 電子自旋共振研究的對象是具有未偶電子的物質(zhì)，如具有奇數(shù)個電子的原子、分子以及內(nèi)電子殼層未被充滿的離子，

電子自旋共振（點擊了解詳情）（Electron Spin Resonance，簡稱ESR）也稱電子順磁共振（Electron Paramagnetic Resonance，簡稱EPR），是檢測和研究含有未成對電子的順磁性物質(zhì)的一種波譜學(xué)技術(shù)。

電子自旋共振研究的對象是具有未偶電子的物質(zhì)，如具有奇數(shù)個電子的原子、分子以及內(nèi)電子殼層未被充滿的離子，受輻射作用產(chǎn)生的自由基及半導(dǎo)體、金屬等。電子自旋共振通過對共振譜線的研究，可以獲得有關(guān)分子、原子及離子中未偶電子的狀態(tài)及其周圍環(huán)境方面的信息，從而得到有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的信息，因此電子自旋共振最早主要應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。

1944年，電子自旋共振首先是由前蘇聯(lián)物理學(xué)家扎沃伊斯基從MnCl₂、CuCl₂等順磁性鹽類中發(fā)現(xiàn)的。1961年，Duchensne等首次報道了利用ESR方法測定碳質(zhì)巖層年齡的結(jié)果。1967年，Zeller等利用ESR方法測量了大約20種礦物，并提出這種方法可以作為一種測年方法應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)研究。McMorris進一步研究了用電子自旋共振ESR方法測定天然化石和石英的可能性。但是，由于所有研究結(jié)果都缺乏明確的地質(zhì)意義，因此未能使該方法得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。直到1975年，Ikeya在Nature上發(fā)表了對日本Aliyoshi洞次生碳酸鹽進行的ESR測年結(jié)果，這是電子自旋共振ESR測年的首次應(yīng)用成功范例，也是首次被用于地球科學(xué)。隨后，這種方法才逐步地應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)以及考古學(xué)等各個領(lǐng)域中不同材料的年代測定。在80年代取得了迅速的發(fā)展。

電子自旋共振ESR測年的基本原理在于利用ESR方法直接測定樣品的信號強度，該強度表征了樣品在自然環(huán)境中由于電離輻射損傷所產(chǎn)生的順磁中心的數(shù)目。由于順磁中心的數(shù)目正比于輻射場的強度（即年劑量D）和輻照的時間（即樣品的年齡A），亦即正比于樣品所接受的天然輻射總劑量（即古劑量P，亦稱累積劑量AD、總劑量TD、等效劑量ED），因此電子自旋共振只要測定了樣品的ESR信號強度，就可以確定樣品的古劑量。然后根據(jù)樣品所處環(huán)境的平均年劑量，可進一步確定樣品的地質(zhì)年齡。

電子自旋共振ESR常用的測試物質(zhì)有第四紀(jì)貝殼、珊瑚，有孔蟲，動物和人類的骨骼、牙齒，土壤中的石英與長石顆粒，石灰?guī)r卡斯特溶洞中的鐘乳石、石筍、泉華，火山巖中的斜長石、鋯石等，適用范圍比較廣泛；電子自旋共振ESR測年范圍寬，可達10³~10⁶年，基本覆蓋了整個第四紀(jì)地質(zhì)年代范圍；電子自旋共振ESR方法是一種非破壞性分析方法，樣品可以反復(fù)測量，并且用量少；制樣簡單，便于批量測試；電子自旋共振ESR測量信號穩(wěn)定，受周圍環(huán)境影響較小。

目前，對于距今20萬年以來的沉積物，主要是采用¹⁴C和釋光測年法；對于老于20萬年的沉積物，主要采用電子自旋共振ESR和宇宙成因核素法來獲取其埋藏年齡。ESR測定結(jié)果對第四紀(jì)古生物和人類的發(fā)展歷史年代、第四紀(jì)地層劃分和對比、古海面的升降過程、大型工程的地基穩(wěn)定性評估、火山和地震活動的預(yù)測以及第四紀(jì)環(huán)境變遷的研究均具有重要的意義。

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