电子顺磁共振EPR (ESR)

在研究NMR时核磁矩与核磁矩之间存在自旋偶合，并用偶合常数J来表示相互作用的大小。类似地，在电子顺磁EPR中，电子磁矩与核磁矩之间也存在自旋偶合，并用超精细偶合常数α表示相互作用的大小，如图20-7所示。例如，氢原子的EPR谱中，电子磁矩被1H核分裂为两重峰。裂距就是精细偶合常数α。

对于具有两个或两个以上未成对电子的多重态自由基或顺磁离子，由于两个电子磁矩之间存在相互作用，在无外磁场(零场）时能级也发生分裂，称为零场分裂。下面以具有两个未成对电子的三重态为例进行说明。

电子顺磁共振波谱仪应用于无机化学

过渡金属离子的氧化态及配位的ESR研究过渡金属配位环境不同则g值会发生变化。用ESR作为表征过渡金属离子的氧化态及周围配位情况是简单易行且可靠的方法。

电子顺磁共振波谱仪应用于固体物理

现代社会的发展推动了半导体工业的发展。 EPR / ESR光谱在控制半导体中的缺陷中起着至关重要的作用。

Mn掺杂II-IV族化合物是典型的稀磁半导体（DMS）材料，掺杂离子影响材料的光、电性质。DMS的制备是通过常规半导体材料掺杂各种磁性或顺磁性粒子而得到的，其掺杂质量的高低直接影响材料的特性。如何判定掺杂结果与掺杂质量，可以很方便地利用ESR来检测和判定。

纳米材料电学、光学性质的ESR研究
　　纳米材料的电学和光学性质是由其内在因素决定的，与结构材料电子的微环境紧密相联。因此，可以用ESR研究各种顺磁、铁磁纳米材料的电学和光学性质。对于某些具有异常的电子体系材料，可以用ESR研究材料的内部电子键合及分布情况。

电子顺磁共振波谱仪应用于生命科学

　　多数生物过程包括代谢、酶反应、光合作用、炎症、衰老及致癌机理等都涉及到自由基，ESR技术研究自由基的产生、清除，以及质和量的变化，对揭示生命科学的现象和本质提供了依据。

电子顺磁共振波谱仪应用于环境化学

　　环境污染和污染清除过程中有各种自由基参加反应，例如超氧自由基、羟基自由基等等，ESR / EPR比NMR（核磁共振）或光学化学分析技术灵敏度更高，用于环境化学中各种反应过程的研究。

电子顺磁共振波谱仪应用于石油化学
　　精炼过程中各组分的含量和品质是油品生命周期的控制标准，通过EPR / ESR测量自由基来分析原油中钒、沥青质等物质，达到标准化生产的目的。

电子顺磁共振波谱仪应用于食品化学、安全和质量
测定咖啡粉中的自由基
麦芽中游离基的测定
咖啡中的香味稳定性
啤酒/葡萄酒、饮料质量的测定
评估食品中抗氧化因子的方法等

有机化学自由基反应
　　有机化学中包括大量有自由基参与的化学反应。例如在光化学烟雾形成的化学反应中，氯化氢的合成、汽油的燃烧、单体的自由基聚合等都有自由基的参与。在整个链反应中自由基起了重要的引发、传递和终止过程的作用。
　自由基反应一般都进行得很快，这类反应在实际生产中应用很广，采用ESR可以通过对自由基的检测来研究反应的过程和机理。

ESR测年
　　电子自旋共振是近年测定断层活动年龄有效的测年方法。它的测试对象主要是在断裂活动中形成的一系列石英脉，利用石英吸收的累积电子辐射量（如γ、β、α射线）及在矿物内部形成的顺磁中心浓度来计算石英脉的结晶年龄。用火山岩中的石英作样品，ESR技术可测地球的整个历史

地球化学
　　研究矿物中微量杂质的分布状态或存在形式；研究成岩成矿作用，判断矿物和矿物组合的成因归属，判断岩石所经历的改造作用，探讨某些矿床的物质来源；研究不同地质作用中微量离子的分布规律；有机地化和石油地质的研究，例如煤的演化程度的研究。

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