[文章導(dǎo)讀] 順磁共振研究的不是原子核的磁矩，而是核外未成對電子的磁矩。

電子順磁共振（點擊了解詳情）是波譜學(xué)的一項技術(shù)，與核磁共振技術(shù)類似，都是研究磁場中磁矩與電磁輻射之間的相互作用。所不同的是，順磁共振研究的不是原子核的磁矩，而是核外未成對電子的磁矩。

依照量子力學(xué)理論，電子除了圍繞原子核做軌道運動外，還在不停地做自旋運動，這兩種運動都會產(chǎn)生角動量和磁矩。由于電子的磁矩主要是由自旋磁矩貢獻的，因此電子順磁共振也常稱為電子自旋共振。依照Pauli不相容原理：在同一個軌道上，最多只能容納兩個自旋相反的電子。如果分子中所有的軌道都已填滿電子，它們的自旋磁矩將相互抵消，這種分子就是逆磁性的，不能直接給出EPR信號。要想對它們進行順磁研究，必須進行自旋標記。只有含未成對電子的分子才會產(chǎn)生EPR信號。

順磁共振中當(dāng)一個自旋量子數(shù)s=1/2的自由電子處在一個可變的磁場H中時，隨著外磁場從0逐漸增大，電子的自旋能級從簡并態(tài)逐漸分裂成兩個能級。較高能級的磁量子數(shù)ms=+1/2，能量E=+1/2geβeH。式中，ge=2.0023，為一無量綱因子，βe是電子的玻爾磁子。較低能級的磁量子數(shù)ms=-1/2，能量E=-1/2geβeH。高低兩能級間的能量之差ΔE=geβeH。

順磁共振當(dāng)在垂直于外磁場方向上施加一個中心頻率為ν的射頻場H1，且滿足hν=ΔE=geβeH時，處于低能級上的電子就會吸收射頻場的能量向高能級躍遷，這就產(chǎn)生了順磁共振信號。但是，如果譜圖中只有一條g=ge的譜線，順磁共振也就沒有什么可研究的了。幸運的是，電子實際所感受到的有效磁場，不僅僅是外加磁場，還有自旋體系本身存在的由未成對電子的軌道運動貢獻的局部磁場。鄰近的不同偶極子引起的局部磁場變化使g因子成為一個變化的值，使順磁共振產(chǎn)生出花樣繁多的譜線，從而為我們提供了豐富多彩的微觀結(jié)構(gòu)信息。

順磁共振的研究對象

順磁共振技術(shù)具有獨特的識別順磁物質(zhì)的能力。只要樣品中含有未成對電子或通過紫外照射、氧化還原反應(yīng)等方式能夠產(chǎn)生未成對電子即可利用順磁共振技術(shù)進行相關(guān)研究。由于EPR對局部區(qū)域環(huán)境非常靈敏，可用來闡明不成對電子附近的分子結(jié)構(gòu)，研究分子的運動或流動的動態(tài)過程，因而它在化學(xué)、物理、材料、生物、醫(yī)藥等　　許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

（1）單電子自由基

即含有一個未成對電子的原子或分子，包括有機分子自由基、芳香離子自由基、碎片自由基等。如環(huán)辛四烯是一個非平面分子，用堿金屬還原可生成環(huán)辛四烯負離子自由基，所得順磁共振EPR譜線是間距相等且強度比為1：8：28：56：70：56：28：8：1的九重峰，表明環(huán)辛四烯負離子環(huán)上的八個質(zhì)子是等性的，說明環(huán)辛四烯經(jīng)單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成負離子基后，構(gòu)型發(fā)生變化，呈平面結(jié)構(gòu)。

（2）過渡金屬離子

原則上，過渡金屬原子軌道上含有未成對電子，是順磁共振EPR的研究對象。它們常以配合物或鹽的形式存在，使順磁共振EPR譜線很寬，理論處理比較復(fù)雜，解析時常常要考慮配位場的對稱性和場強大小等。

（3）含兩個（或兩個以上）未成對電子的分子

除過渡金屬外，含兩個（或兩個以上）未成對電子的分子主要分為兩類。

a、三重態(tài)分子。這類化合物的分子軌道上有兩個未成對電子，且彼此間的距離很近，有很強的相互作用。如二苯次甲基分子、氧分子等。還有些分子基態(tài)本身并非三重態(tài)，但在某些條件（如光照）下，可從逆磁性分子變成順磁性分子（也稱激發(fā)三重態(tài)分子），因此也可以用順磁方法進行研究。如萘、蒽等許多芳烴分子。

b、分子軌道上有兩個（或多個）未成對電子的化合物，即雙基或多基化合物。它們與三重態(tài)分子的區(qū)別在于分子中所含的兩個或兩個以上的未成對電子相距較遠，相互作用很弱，以至于它們的順磁共振EPR波譜一般不呈現(xiàn)出精細結(jié)構(gòu)。

④其他（如色心、生物組織、半導(dǎo)體等） 色心指的是固體的某些晶格缺陷，主要是點缺陷，如在晶格中有空位、在（取代或間隙）晶位中的雜質(zhì)原子或離子、俘獲電子中心、俘獲空穴中心等。在這些缺陷中，空位本身雖然并非順磁性，但它的存在會形成某些順磁中心，其他大部分缺陷則是順磁性的。從順磁共振EPR譜圖中一般都能鑒別出點缺陷的品種和結(jié)構(gòu)。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，細胞代謝過程、酶反應(yīng)機理及許多病理過程如衰老、癌變等都與自由基密切相關(guān)。此外，利用順磁共振EPR對半導(dǎo)體摻雜進行研究，可指導(dǎo)采用不同的摻雜技術(shù)獲取不同性質(zhì)的半導(dǎo)體。

順磁共振也是一種研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效方法，它研究的對象必須是具有未配對電子的物質(zhì)，如：①具有奇數(shù)個電子的原子，像氫原子。②內(nèi)電子殼層未被充滿的離子。③具有奇數(shù)個電子的分子，如NO。④某些雖不含奇數(shù)個電子，但分子的總角動量不為零，如O2 ；⑤在反應(yīng)過程或物質(zhì)因受輻射作用中產(chǎn)生了自由基。此外還有金屬或半導(dǎo)體中的未偶電子等等。

通過對順磁共振波譜的研究，可得到有關(guān)分子、原子或離子中未配對的電子的狀態(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)鍵方面的知識。例如在有機化學(xué)中，順磁共振對研究自由基很重要。動植物體內(nèi)的自由基就是應(yīng)用順磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)的。在癌癥的預(yù)防和尋找治療藥物方面，用順磁共振方法對有機體中的自由基進行測定。一些藥學(xué)工作者應(yīng)用順磁共振法來研究各種激素和維生素等藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

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