الرنين المغنطيسي. الرنين المغنطيسي الإلكترون

طريقة الرنين البارامغناطيسي الإلكتروني هي الطريقة الرئيسية لدراسة الجسيمات البارامغناطيسية. هناك نوعان رئيسيان من الجسيمات شبه المغناطيسية ذات الأهمية البيولوجية الكبيرة هما الجذور الحرة ومعقدات المعادن ذات التكافؤ المتغير (مثل الحديد ، والنحاس ، والكوبالت ، والنيكل ، والمنغنيز).

تم اكتشاف طريقة الرنين المغنطيسي الإلكترون في عام 1944 بواسطة E.K. Zavoisky في دراسة تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي الميكروويف مع الأملاح المعدنية.

تعتمد طريقة EPR على امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في النطاق الراديوي بواسطة إلكترونات غير مقترنة في مجال مغناطيسي.

تتيح لنا طريقة EPR دراسة خصائص المراكز المغناطيسية من خلال تسجيل أطياف امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة هذه الجسيمات. بمعرفة خصائص الأطياف ، يمكن للمرء أن يحكم على خصائص الجسيمات البارامغناطيسية.

الخصائص الرئيسية للأطياف هي الاتساع ، والعرض الخطي ، وعامل الجاذبية ، والبنية فائقة الدقة للأطياف.

تطبيق ملصقات تدور

ملصقات السبين هي جزيئات شبه مغناطيسية مستقرة كيميائيًا تُستخدم كمجسات جزيئية لدراسة التركيب والتنقل الجزيئي لمختلف الأنظمة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. جوهر طريقة تسمية السبين هو كما يلي. يتم إدخال الجزيئات البارامغناطيسية في النظام قيد الدراسة كمسبار دوران ، والتي تعطي إشارات مميزة للرنين المغنطيسي الإلكترون (EPR). تعتمد إشارات EPR الخاصة بملصقات الدوران على حركتها الجزيئية وخصائصها الفيزيائية والكيميائية لأقرب بيئة. لذلك ، من خلال مراقبة إشارات EPR للمجسات الجزيئية ، يمكن للمرء دراسة الخصائص الهيكلية للنظام قيد الدراسة وديناميكيات العمليات الجزيئية التي تحدث فيه. يأتي مصطلح "علامات الدوران" من الكلمة الإنجليزية "المغزل" (المغزل ، الجزء العلوي) ، والتي تسمى العزم الميكانيكي الجوهري للإلكترون. للإلكترون ، كما هو معروف من ميكانيكا الكم ، عزم ميكانيكي يساوي "/ 2 ، وله عزم مغناطيسي خاص به ، حيث" هو ثابت بلانك ، و e و m هما شحنة الإلكترون وكتلته ، و c هي سرعة الضوء . يتم تحديد الخصائص البارامغناطيسية للمسبار الجزيئي من خلال وجود إلكترون غير مزدوج فيها ، والذي له دوران ومصدر لإشارة EPR. عادة ما تستخدم جذور النيتروكسيد المستقرة كملصقات تدور. تحتوي جميع جزيئات الملصق الدوراني ، على الرغم من تنوع تركيبها الكيميائي ، عادةً على نفس الجزء البارامغناطيسي ، جذور نيتروكسيد المستقرة كيميائيًا (> N-OJ). يتم ترجمة الإلكترون غير المزاوج على هذا الراديكالي ويعمل كمصدر إشارة EPR. يتم تحديد الاختيار المحدد لملصقات الدوران من خلال مشكلة البحث. وهكذا ، على سبيل المثال ، من أجل متابعة الترتيبات التوافقية للبروتينات بمساعدة ملصقات الدوران ، عادة ما يتم "ربط" جزيئات الملصق بمناطق معينة من البروتين. في هذه الحالة ، يجب أن يحتوي ملصق الدوران على مجموعة تفاعلية خاصة يمكن أن تشكل رابطة كيميائية تساهمية مع بقايا الأحماض الأمينية لجزيء البروتين. لدراسة خصائص الأغشية الاصطناعية والبيولوجية ، عادةً ما يتم استخدام ملصقات الدوران القابلة للذوبان في الدهون ، والتي يمكن دمجها في الطبقة الدهنية من الغشاء.

تتكون ظاهرة الرنين البارامغناطيسي للإلكترون (EPR) من امتصاص الرنين للإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الترددات الراديوية بواسطة المواد الموضوعة في مجال مغناطيسي ثابت ، وترجع إلى انتقالات الكم بين المستويات الفرعية للطاقة المرتبطة بوجود لحظة مغناطيسية في المجال الإلكتروني. أنظمة. يُطلق على EPR أيضًا اسم الرنين المغزلي للإلكترون (ESR) ، والرنين المغنطيسي (MSR) ، ومن بين المتخصصين الذين يعملون مع أنظمة مرتبة مغناطيسيًا ، الرنين المغناطيسي (FMR).

يمكن ملاحظة ظاهرة EPR على:

• * الذرات والجزيئات التي تحتوي على عدد فردي من الإلكترونات في مداراتها - H ، N ، NO2 ، إلخ ؛
• * العناصر الكيميائيةفي حالات الشحن المختلفة ، حيث لا تشارك جميع الإلكترونات الموجودة في المدارات الخارجية في تكوين رابطة كيميائية - أولاً وقبل كل شيء ، هذه عناصر d و f ؛
• * الجذور الحرة - جذور الميثيل ، جذور النيتروكسيل ، إلخ ؛
• * استقرار العيوب الإلكترونية والعيوب في مصفوفة المواد - O- و O2- و CO2- و CO23- و CO3- و CO33- وغيرها الكثير ؛
• * الجزيئات التي تحتوي على عدد زوجي من الإلكترونات ، والتي ترجع المغنطيسية إلى الظواهر الكمية لتوزيع الإلكترونات في المدارات الجزيئية - O2 ؛
• * الجسيمات النانوية الفائقة المغناطيسية المتكونة عن طريق الذوبان أو في سبائك ذات لحظة مغناطيسية جماعية تتصرف مثل غاز الإلكترون.

هيكل وخصائص أطياف EPR

يعتمد سلوك اللحظات المغناطيسية في المجال المغناطيسي على التفاعلات المختلفة للإلكترونات غير المزدوجة ، مع بعضها البعض ومع أقرب بيئة. أهمها تفاعلات السبين واللف المغزلي ، والتفاعلات بين الإلكترونات غير المزدوجة والنواة التي يتم توطينها فيها (تفاعلات فائقة الدقة) ، والتفاعلات مع الجهد الكهروستاتيكي الناتج عن أيونات أقرب بيئة في موقع الإلكترونات غير المزدوجة ، و اخرين. تؤدي معظم التفاعلات المدرجة إلى تقسيم الخطوط بشكل منتظم. في الحالة العامة ، يكون طيف EPR للمركز البارامغناطيسي متعدد المكونات. يمكن الحصول على فكرة عن التسلسل الهرمي للانقسامات الرئيسية من الرسم البياني التالي (فيما يلي تعريفات الترميز المستخدم):

الخصائص الرئيسية لطيف EPR لمركز مغناطيسي (PC) هي:

• * عدد الخطوط في طيف EPR لجهاز كمبيوتر معين وشدتها النسبية.
• * الهيكل الدقيق (TS). يتم تحديد عدد خطوط TS من خلال قيمة الدوران S للكمبيوتر الشخصي والتماثل المحلي للحقل الكهروستاتيكي لأقرب بيئة ، ويتم تحديد الشدة المتكاملة النسبية بواسطة الرقم الكمومي مللي ثانية (قيمة إسقاط الدوران على الاتجاه من المجال المغناطيسي). في البلورات ، تعتمد المسافة بين خطوط TS على مقدار جهد المجال البلوري وتماثله.
• * هيكل فائق الدقة (HTS). تتمتع خطوط HFS من نظير معين بنفس الكثافة المتكاملة تقريبًا وتكون مسافات متساوية عمليًا. إذا كان لب الكمبيوتر الشخصي عدة نظائر ، فإن كل نظير يعطي مجموعته الخاصة من خطوط HFS. يتم تحديد عددهم بواسطة اللف المغزلي الأول لنواة النظير ، بالقرب من موقع الإلكترون غير المزاوج. تتناسب الكثافة النسبية لخطوط HFS من نظائر مختلفة للكمبيوتر الشخصي مع الوفرة الطبيعية لهذه النظائر في العينة ، وتعتمد المسافة بين خطوط HFS على العزم المغناطيسي لنواة نظير معين ، وثابت التفاعل فائق الدقة ، و درجة عدم تمركز الإلكترونات غير المزدوجة على هذه النواة.
• * هيكل فائق الدقة (SHTS). يعتمد عدد خطوط SHFS على عدد nl من الروابط المكافئة التي تتفاعل معها كثافة السبين غير المزدوجة والدوران النووي Il لنظائرهما. السمة المميزة لهذه الخطوط هي أيضًا توزيع شدتها المتكاملة ، والتي ، في حالة Il = 1/2 ، تخضع لقانون التوزيع ذي الحدين مع الأس nl. تعتمد المسافة بين خطوط SHFS على حجم العزم المغناطيسي للنواة ، وثابت التفاعل فائق الدقة ، ودرجة توطين الإلكترونات غير المزدوجة على هذه النوى.
• * الخصائص الطيفية للخط.

من سمات أطياف EPR شكل تسجيلها. لأسباب عديدة ، لم يتم كتابة طيف EPR في شكل خطوط امتصاص ، ولكن كمشتق من هذه الخطوط. لذلك ، في التحليل الطيفي EPR ، تم اعتماد مصطلحات مختلفة نوعًا ما ، مختلفة عن المصطلحات المقبولة عمومًا ، لتعيين معلمات الخط.

خط امتصاص EPR ومشتقه الأول: 1 - شكل غاوسي ؛ 2- استمارة لورنتز.

• * السطر الحقيقي هو دالة q ، ولكن مع الأخذ في الاعتبار عمليات الاسترخاء ، فإنه يحتوي على نموذج Lorentz ؛
• * الخط - يعكس احتمال عملية امتصاص الرنين للإشعاع الكهرومغناطيسي للكمبيوتر ويتم تحديده من خلال العمليات التي تشارك فيها الدورات ؛
• * شكل الخط - يعكس قانون التوزيع لاحتمال انتقالات الطنين. نظرًا لأن الانحرافات عن ظروف الرنين في التقريب الأول عشوائية ، فإن شكل الخطوط في المصفوفات المخففة مغناطيسيًا له شكل غاوسي. يؤدي وجود تفاعلات مغزلية متبادلة إضافية إلى شكل خط لورنتزيان. بشكل عام ، يتم وصف شكل الخط بقانون مختلط ؛
• * عرض الخط - DVmax - يتوافق مع المسافة على طول المجال بين الحد الأقصى على الخط المنحني ؛
• * اتساع الخط - إيماكس - يتوافق مع مقياس اتساع الإشارة إلى المسافة بين الحد الأقصى على الخط المنحني ؛
• * الكثافة - I0 - قيمة الاحتمال عند نقطة MAX على منحنى الامتصاص ، محسوبة عن طريق الدمج على طول محيط خط التسجيل ؛
• * الكثافة المتكاملة - المنطقة الواقعة تحت منحنى الامتصاص ، بما يتناسب مع عدد المراكز المغناطيسية في العينة ويتم حسابها عن طريق الدمج المزدوج لخط التسجيل ، أولاً على طول الكفاف ، ثم على طول المجال ؛
• * موضع الخط - B0 - يتوافق مع تقاطع كفاف مشتق dI / dB مع خط الصفر (خط الاتجاه) ؛
• * موضع خطوط EPR في الطيف.

وفقًا للتعبير hн = gвB ، الذي يحدد شروط امتصاص الرنين لأجهزة الكمبيوتر ذات الدوران S = 1/2 ، يمكن تمييز موضع خط الرنين المغنطيسي الإلكترون بقيمة العامل g (المماثل لتقسيم Lande الطيفي عامل). يتم تعريف قيمة العامل g على أنها نسبة التردد n الذي تم قياس الطيف عنده إلى قيمة الحث المغناطيسي B0 حيث لوحظ أقصى تأثير. وتجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة للمراكز المغناطيسية ، فإن العامل g يميز الكمبيوتر ككل ؛ ليس سطرًا واحدًا في طيف EPR ، ولكن المجموعة الكاملة من الخطوط بسبب PL المدروسة.

في تجارب EPR ، تم إصلاح طاقة الكم الكهرومغناطيسي ، أي التردد n ، ويمكن أن يختلف المجال المغناطيسي B على نطاق واسع. هناك بعض النطاقات الضيقة إلى حد ما من ترددات الميكروويف التي تعمل فيها أجهزة قياس الطيف.

الرنين البارامغناطيسي الإلكتروني(EPR) - امتصاص الرنين (الإشعاع) e-mag. موجات نطاق الترددات الراديوية (10 9-10 12 هرتز) بواسطة البارامغناطيسات ، والتي ترجع المغنطيسية إلى الإلكترونات. EPR - حالة خاصةشبه مغناطيسي الرنين وظاهرة أكثر عمومية - الرنين المغناطيسي. إنه يشكل أساس التحليل الطيفي الراديوي. طرق البحث في المادة (انظر. تنظير الطيف الشعاعي). لها مرادف - الرنين المغزلي للإلكترون (ESR) ، مما يؤكد الدور المهم في ظاهرة تدور الإلكترون. افتتح في عام 1944 من قبل E.K Zavoisky (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية). كعامل مغناطيسي. الجسيمات (في حالة الوسائط المكثفة - المراكز المغناطيسية) التي تحدد البارامغناطيسية ، والإلكترونات ، والذرات ، والجزيئات ، والمركبات المعقدة ، والعيوب البلورية يمكن أن تعمل إذا كان لديها عدد غير صفري لحظة جاذبة. أصل المغناطيس. يمكن أن تكون اللحظة عبارة عن دوران غير مزدوج أو دوران إجمالي غير صفري (زخم عدد الحركة) للإلكترونات.

في المغناطيس الدائم. الحقول نتيجة إزالة انحطاط البارامغناطيس. الجسيمات هناك نظام مغناطيسي. (تدور) المستويات الفرعية (انظر تأثير زيمانبينهما تحت تأثير e-magn. الإشعاع ، تحدث التحولات ، مما يؤدي إلى امتصاص (انبعاث) فوتون بتردد w ij = || / في حالة وجود إلكترون واحد في مغناطيس دائم. حقل ح طاقات المستوى الفرعي = bgب ح / 2 وبالتالي ، يتم تحديد تردد EPR w من خلال العلاقة

حيث g هو العامل الطيفي. شق؛ ب - مغنطون بوهر ؛ مستخدم، ح\ u003d 10 3 5-10 4 Oe ؛ ز 2.

الطرق التجريبية. تعمل مطياف EPR (مطياف الراديو) في نطاقات الطول الموجي بالسنتيمتر والمليمتر. تستخدم تقنية الميكروويف - مولد (عادة كليسترون في الكهرباء) ، وهو نظام من الموجهات الموجية والرنان مع جهاز كشف. حجم العينة في عدة. يتم وضع mm 3 في منطقة الرنان ، حيث يتم وضع المكون e-mag. الموجات (المغناطيسية عادة) ، التي تسبب التحولات ، لها عقدة عكسية. يُركَّب الرنان بين أقطاب المغناطيس الكهربائي - وهو مصدر للمغناطيس الدائم. مجالات. تتحقق حالة الطنين من النوع (1) عادة بتغيير شدة المجال حبتردد مولد ثابت ث. القيمة المغناطيسية المجالات في الرنين ( حع) يعتمد بشكل عام على اتجاه المتجه ح فيما يتعلق بالعينة. يتم ملاحظة إشارة الامتصاص في شكل انفجار نموذجي على شكل جرس أو مشتق منه (الشكل 1) باستخدام مرسمة الذبذبات أو المسجل. نائب. غالبًا ما تتم دراسة إشارة الامتصاص ، التي تتناسب مع الجزء التخيلي من المجال المغناطيسي الديناميكي. حساسية (ج "") العينة. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يتم تسجيل الجزء الحقيقي (ج ") ، والذي يحدد جزء المغنطة ، والذي يتغير في الطور مع المكون المغناطيسي لموجة المغنطيس. يمكن أن يتجلى EPR في شكل نظائر الميكروويف من تأثيرات Faraday و Cotton-Mouton الضوئية. لتسجيلهم ، نستخدم أدلة موجية ، يتم في نهايتها تركيب هوائيات خاصة ، تدور حول محور الدليل الموجي وقياس دوران مستوى الاستقطاب أو الاهتزاز للموجة الخارجة من العينة. صدى تدورهناك عدد من الطرق الأخرى لدراسة الاسترخاء. عمليات ، على وجه الخصوص ، لقياس أوقات الاسترخاء.

أرز. 1. الرنين المغنطيسي الإلكترون: لكن - جسيم مغناطيسي مع دوران S = 1/2 ، وضعفي مجال مغناطيسي خارجي ، له مستويين فرعيين (و) ، كل منها يغير النسبةبعقلانية إلى الميدان حويعتمد على توجهها فيما يتعلق بالمحاور البلورية ، الإعدادأركان بلدي هي q و f. عند قيم الرنين المغناطيسحقل ح p1 و حр2 (الزاويتان q 1 ، (j 1 و q 2 ، j 2) فرق تصبح مساوية لكمية طاقة الميكروويف-إشعاع. في نفس الوقت ، في طيف الامتصاص ( ب) رصديتم إعطاء رشقات نارية مميزة بالقرب ح ص 1 و حصان 2 (متىتعطى اشارة الامتصاص ومشتقاتها).

الوصف النظري. لوصف طيف EPR ، نستخدمه تدور هاميلتونيان، والتي لها شكلها الخاص لكل حالة محددة. في الحالة العامة ، يمكن تقديمها في شكل يأخذ في الاعتبار جميع التفاعلات الممكنة للمغناطيسات. الجسيمات (المركز):

حيث يصف التفاعل مع الخارج. ماغن. حقل ح ; - التفاعل مع داخل البلورات. كهربائي حقل؛ - مع ماغن. لحظة النوى الخاصة والمحيطة ( تفاعل فائق الدقةوالتفاعل فائق الدقة) ؛ - تفاعلات تدورشبه مغناطيسي المراكز فيما بينها (تفاعل التبادل ، ثنائي القطب ، ثنائي القطب ، إلخ) ؛ -التفاعل مع الخارجي المرفق. الضغط ص(تشوهات) ؛ - مع خارجي كهربائي حقل ه . يمكن أن يتكون كل مصطلح مدرج في (2) من عدة. أعضاء ، يعتمد شكلها على حجم اللفات الإلكترونية والنووية والتماثل المحلي للمركز. تتكرر التعبيرات ذات الشكل ؛

أين g ، a ، A ، J ، C ، Rالمعلمات النظرية ، س (أنا)و أنا (ك) - أنا-th و كال يدور من الإلكترونات والنواة ؛ - مصفوفة الهوية. عادة ما يشار إلى السبين هاميلتونيان (2) على أنه إلكترون واحد أو اهتزاز إلكترون. المصطلح (عادةً ما يكون الرئيسي) ، على افتراض أن المصطلحات الأخرى مفصولة عنه بقيمة تتجاوز بشكل كبير طاقة كمية انتقال EPR. لكن في بعض الحالات ، على سبيل المثال. في حضور تأثير جان تيلر، يمكن أن تكون المصطلحات المتحمسة قريبة جدًا ويجب أخذها في الاعتبار عند وصف أطياف EPR. بعد ذلك ، للحفاظ على شكلية التدوير الهاميلتوني ، يمكننا تقديم إف. غزل ( سإف) المرتبطة بالعدد الإجمالي للحالات من جميع المستويات ( ص) بالعلاقة ص = 2س ef +1. هناك طريقة أخرى ممكنة في إطار طريقة مصفوفة الاضطراب: تم ​​العثور على المصفوفة الكاملة لمشغل الاضطراب في جميع حالات المستويات المأخوذة في الاعتبار.

يمكن تقسيم كل مصطلح (2) إلى جزأين: ثابت وديناميكي. ثابتة يحدد الجزء موضع الخطوط في الطيف ، ويحدد الجزء الديناميكي احتمالات التحولات الكمية ، بما في ذلك تلك التي تحدد وتسترخي. العمليات. طاقة تم العثور على وظائف الهيكل والموجة من خلال حل نظام المعادلات المقابلة لـ (2). عدد الإحالات يساوي

أين نو صهو عدد لفات الإلكترونات والنوى التي تظهر في (2). مستخدم سو أناخذ القيم من 1/2 إلى 7/2 ؛ ن = 1, 2; ع = l-50 ، مما يشير إلى إمكانية وجود عمليات علمانية من رتبة أعلى. للتغلب على التكنولوجيا. صعوبات في القطر (2) استخدم حسابات تقريبية (تحليلية). ليست كل الحدود (2) متساوية في المقدار. عادة ، ويتفوقون على الأعضاء الآخرين ، وأقل بكثير من الأعضاء السابقين. هذا يجعل من الممكن تطوير نظرية الاضطراب في عدة مراحل. بالإضافة إلى ذلك ، خاص برامج الحاسوب.

الغرض من الظواهر نظرية - إيجاد ل def. تعبير انتقالي لـ ح p في وظيفة معلمات السبين Hamiltonian والزوايا التي تميز اتجاه الخارج. الحقول ذات الصلة بعلم البلورات. المحاور. مطابقة ( حع) النظرية مع ( ح p) exp يؤسس صحة الاختيار (2) ويجد معلمات Spin Hamiltonian.

يتم حساب معلمات السبين الهاميلتوني بشكل مستقل باستخدام طرق ميكانيكا الكم ، بناءً على التعريف. النماذج البارامغناطيسية. المركز. في هذه الحالة ، يتم استخدام نظرية التبلور. الحقول ، الطريقة المدارية الجزيئية ، طرق أخرى كيمياء الكمونظرية الحالة الصلبة. رئيسي تكمن صعوبة هذه المشكلة في تحديد الطاقة الإلكترونية. الهياكل ووظائف الموجة بارامغناطيس. المراكز. إذا تم العثور على هذه المكونات من معادلة شرودنغر ، وكانت عوامل الاضطراب معروفة ، يتم تقليل المشكلة إلى حساب عناصر المصفوفة المقابلة فقط. نظرًا لتعقيد مجمع المشكلات بأكمله ، كان هناك عدد قليل من الحسابات الكاملة لمعلمات دوران هاملتونيان ، ولم تتوصل جميعها إلى اتفاق مرضٍ مع التجربة. عادة ما يقتصر على تقديرات من أجل الحجم ، باستخدام تقريبي f-ly.

يتم تحديد طيف EPR (عدد الخطوط ، واعتمادها على اتجاه الحقول الخارجية فيما يتعلق بالمحاور البلورية) بالكامل بواسطة الدوران الهاميلتوني. لذلك ، في وجود تفاعل زيمان فقط ، يكون للتعبير عن الطاقة الشكل = زب ح + م، أين مهو الرقم الكمي للمشغل الذي يأخذ 2 س+1 قيم: - S ، -S + 1, .... س-1، S. Mag. مكون e-magn. الموجات في هذه الحالة تسبب فقط انتقالات مع قواعد الاختيار DM = b 1 ، وبسبب تساوي المسافة بين المستويات ، سيتم ملاحظة سطر واحد في طيف EPR. ينشأ انتهاك تساوي المسافة بسبب مصطلحات أخرى في الدوران الهاميلتوني. وهكذا ، فإن المصطلح المتماثل محوريًا من ، والذي يتميز بالمعامل د، يضيف إلى العضو , حص تبين أن تعتمد على م، وسيظهر الطيف 2 سخطوط. المحاسبة للمصطلح AS z I zمن يؤدي إلى الإضافة (د ) شارع = AMt، أين تيهو الرقم الكمي للمشغل إيز. حص سوف تعتمد على م، وسيحتوي طيف EPR على 2 أنا + 1 سطر. قد تؤدي المصطلحات الأخرى من (2) إلى قواعد اختيار إضافية "محظورة" (على سبيل المثال ، د م= b2) ، مما يزيد من عدد الخطوط في الطيف.

يحدث الانقسام المحدد للخطوط تحت تأثير الكهرباء. الحقول (مصطلح). في البلورات (اكسيد الالمونيوم ، ولفراميت ، والسيليكون) غالبًا ما توجد مواضع غير متكافئة عكسيًا ، حيث يمكن العثور على أيونات الشوائب باحتمالية متساوية. منذ Magn. المجال غير حساس لعملية الانعكاس ، ولا يميز بين هذه المواضع ، وتتطابق الخطوط منها في طيف EPR. الطاقة الكهربائية المطبقة على البلورة سيتم توجيه المجال لمواقع مختلفة غير مكافئة ، بسبب انعكاسها المتبادل ، في اتجاهين متعاكسين. تعديلات على حع (خطي في ه) من مواضع مختلفة سيكون لها علامات معاكسة ، وسيظهر اختلاط مجموعتي الخطوط في شكل تقسيم.

في حالة عدم وجود مغناطيس. الحقل (= 0) ، تقسيم المستويات ، يسمى الأولي ، يرجع إلى شروط أخرى (2). يعتمد عدد المستويات التي تنشأ وتعدد انحطاطها على حجم اللف وتماثل المغنطيس البارامي. المركز. التحولات ممكنة بينهما (تسمى الظاهرة المقابلة جنون الرعب الميداني). لتنفيذه ، يمكنك تغيير التردد v e-mag. الإشعاع ، أو الخامس= const قم بتغيير المسافة بين مستويات تحويلة. كهربائي المجال والضغط وتغير درجة الحرارة.

تحديد تناظر مركز مغناطيسي. زاوية مدمن حتعكس p (q ، f) تناظر السبين الهاميلتوني ، والذي يرتبط بدوره بتناظر البارامغناطيس. المركز. هذا يجعل من الممكن ، من خلال شكل الوظيفة حع (ف ، و) ، وجدت تجريبيا ، حدد تناظر المركز. في حالة المجموعات شديدة التناظر ( حول h، T d، C 4u ، إلخ) حيحتوي p (q ، f) على عدد من السمات المميزة: 1) تتطابق مواضع النهايات القصوى لخطوط التحولات المختلفة ؛ 2) المسافة بين الحد الأقصى تساوي p / 2 (تأثير التعامد) ؛ 3) الوظيفة ح p متماثل فيما يتعلق بمواضع القيم القصوى ، إلخ. في حالة مجموعات التماثل المنخفض ( ج 1 , ج 2 , ج 3 ، وما إلى ذلك) ، يتم انتهاك كل هذه الانتظامات (تأثيرات انخفاض التماثل). تستخدم هذه التأثيرات لتحديد بنية العيوب.

يتوافق EPR المعتاد مع دوران هاميلتوني لا يأخذ في الاعتبار الكهرباء. الحقول (= 0). يتضمن فقط مشغلي لحظة عدد الحركة والمغناطيس. مجالات. بسبب طبيعتها الكاذبة ، ماكس. سيكون عدد هاملتونيين السبين غير المتزامن 11 (من 32 مجموعة نقاط محتملة). هذا يؤدي إلى الغموض في تحديد تناظر البارامغناطيس. المراكز ، يمكن التخلص من to-ruyu باستخدام خارجي. كهربائي حقل. خطي في ه يختلف العامل بالنسبة لمجموعات النقاط المختلفة التي لا تحتوي على مركز انعكاس (لمراكز الانعكاس = 0). في المرحلة الأولى من التجارب بدون مجال هيتم تحديد مجموعة المجموعات التي لها نفس هاملتونيان المقابلة لتماثل طيف EPR العادي. في المرحلة الثانية ، يتم استخدام الحقل ه ويؤخذ في الاعتبار أن كل مجموعة من المجموعات تضم مجموعة واحدة فقط مع مركز انعكاس.

دراسة النظم المضطربة. جنبا إلى جنب مع دراسة الباراماجنيت. تستخدم المراكز الموجودة في بلورات EPR المثالية أيضًا للدراسة أنظمة مضطربة(مساحيق ، أكواب ، محاليل ، بلورات بها عيوب). سمة من سمات هذه الأنظمة هي عدم تجانس (عدم تجانس) الظروف في مواقع المراكز بسبب الاختلافات في الداخلية. كهربائي المجالات (الكبيرة) والتشوهات الناتجة عن التشوهات الهيكلية للبلورة ؛ عدم تكافؤ اتجاه البارامغناطيسية. مراكز فيما يتعلق تحويلة. مجالات؛ عدم تجانس الأخير. هذا يؤدي إلى انتشار في معاملات سبين هاميلتوني ، ونتيجة لذلك ، إلى توسيع غير متجانس لخطوط EPR. تتيح دراسة هذه الخطوط الحصول على معلومات حول طبيعة ودرجة عيب البلورة. يمكن اعتبار التوسيع غير المتجانس من أي طبيعة من وجهة نظر موحدة. التعبير العام لشكل الخط هو:

حيث y هي وظيفة تصف الشكل الأولي للخط دون مراعاة العوامل المزعجة ؛ الخامس (F)- احتمال الانتقال لكل وحدة زمنية ؛ ص ( F) - دالة توزيع المعلمات F (F 1 , F 2 , . ، Fk)توصيف آليات التوسيع (مكونات الحقول ، التشوهات ، الزوايا). لذلك ، في حالة البارامغناطيس ذات الاتجاه العشوائي. مراكز (مساحيق) تحت Fيجب على المرء أن يفهم زوايا أويلر التي تميز اتجاه جسيم المسحوق فيما يتعلق بنظام الإحداثيات المرتبط بالخارج. مجالات. على التين. يوضح الشكل 2 طيف EPR نموذجيًا لمسحوق دوران هاميلتوني بالشكل بدلا من انج. الاعتماد على خط ضيق واحد متأصل في البارامغناطيس. مركز في بلورات مفردة ، في هذه الحالة يظهر خط مغلف موسع اتجاهيًا.

أرز. 2. إشارة الرنين المغنطيسي الإلكترونسا مراكز مغنطيسية فوضوية المنحى. خط الامتصاص ( لكن) ومشتقاته ( ب ) في حالة التناظر المعيني للدوران الهاميلتونينيانا. ترتبط النقاط المميزة للطيف بمعلمات السبين هاميلتوني من خلال العلاقة ح بي= ث / بغ ثالثا .

عمليات الاسترخاء. يرافق EPR عمليات استعادة e-mag المضطرب. إشعاع التوازن في وسط يتوافق مع توزيع بولتزمان. هذه ريلاكساك. العمليات ترجع إلى العلاقة بين البارامغناطيس. المركز والشبيكة وكذلك المراكز بين الصبر. وفقًا لذلك ، يتم التمييز بين نقطة الدوران والنقطة الإلكترونية والاسترخاء بالدوران. إذا كانت التحولات تحت تأثير e-Magn. تسود الموجات ، وتحدث ظاهرة التشبع (تسوية مستوى السكان) ، والتي تتجلى في انخفاض في إشارة EPR. ريلاكساك. تتميز العمليات بأوقات استرخاء ويتم وصفها بالحركية. أور نيامي (انظر المعادلة الحركية الأساسية). في حالة مستويين أناو يحول السكان ن أناو ن ي- احصل على النموذج

أين أ =ش 0 ij +ش ij ، b =ش 0 جي +ش جي، ش 0 اي جايو أنت اي جاي- احتمالات الانتقال لكل وحدة زمنية من المستوى أناإلى المستوى يتحت تأثير مغناطيس كهربائي. الأمواج والاسترخاء. الآليات ، على التوالي ( ش 0 ij =ش 0 جي). وقت الاسترخاء تيتم إعطاء p بواسطة تيع = (ش اي جاي+ ش جي) -1 ويميز معدل إقامة التوازن. ريلاكساك. تؤدي العمليات ، التي تحدد أعمار الجسيمات عند مستويات الدوران ، إلى اتساعها ، مما يؤثر على عرض وشكل خط EPR. هذا توسيع يتجلى بنفس الطريقة في جميع البارامغناطيسات. تسمى المراكز متجانسة. يحدد ، على وجه الخصوص ، الوظيفة y المضمنة في (3).

صدى مزدوج. لوصف نظام الدوران ، يتم تقديم مفهوم درجة حرارة الدوران تي اس. العلاقة بين سكان المستويات ودرجة الحرارة ، التي تحدد توزيع بولتزمان ، تم تعميمها على حالة السكان غير المتوازنة. منه ، مع نسب تعسفية للسكان ، الأعلى. ( الكمبيوتر) و تحت. ( نم) مستويات يتبع ذلك تي ق = - () / ln ( نفي / نن). في نفي = نن (تشبع) تي ث =، وعندما نفي> نقيمة n تس< 0. إمكانية خلق مجتمع غير متوازن ، وعلى وجه الخصوص ، الحالات التي يكون فيها تي ث =و تيس<0, привело к развитию двойных резонансов на базе ЭПР. Они характеризуются тем, что при наличии многоуровневой системы осуществляются резонансные переходы одновременно (или в опре-дел. последовательности) на двух частотах (рис. 3). Цель осуществления двойных резонансов: увеличение интенсивности поглощения за счёт увеличения разности населённостей (рис. 3, لكن)؛الحصول على مصدر e-magn. الإشعاع عن طريق خلق عدد أكبر من السكان في المستوى الأعلى منه في المستوى السفلي (الشكل 3 ، ب). شكل مبدأ تضخيم الإشارة الأساس لتنفيذ عدد من الرنين المزدوج في الحالات التي يحتوي فيها النظام على أنواع مختلفة من الدورات. لذلك ، في وجود الدورات الإلكترونية والنووية ، يمكن إجراء صدى مزدوج إلكتروني-نووي (ENDOR). عادة ما يكون التقسيم فائق الدقة للمستويات أصغر بكثير من تقسيم زيمان. هذا يجعل من الممكن تحسين الانتقالات بين المستويات الفرعية فائقة الدقة عن طريق تشبع انتقالات السبين-الإلكترون. في طريقة ENDOR ، لا تزداد حساسية الجهاز فحسب ، بل تزداد أيضًا دقة وضوحه ، حيث يمكن ملاحظة التفاعلات فائقة الدقة مع كل نواة مباشرةً في الانتقال السينوي النووي المقابل (بينما تحليل البنية فائقة الدقة من طيف EPR هو في كثير من الحالات صعب بسبب تداخل الخطوط). بسبب هذه المزايا ، وجدت ENDOR تطبيقًا واسعًا في فيزياء الحالة الصلبة ، ولا سيما في فيزياء أشباه الموصلات. بمساعدتها ، من الممكن تحليل نواة العديد من التنسيقات. المجالات القريبة من العيب ، مما يجعل من الممكن تحديد طبيعته وخصائصه بشكل لا لبس فيه. الأصداء المزدوجة المرتبطة بالحصول على مصادر e-mag. شكل الإشعاع الأساس لتشغيل مولدات الكم ، مما أدى إلى إنشاء وتطوير اتجاه جديد - الإلكترونيات الكمومية.

أرز. 3. صدى مزدوج في نظام متعدد المستويات. هناك 3 مستويات ، والتي و ن 1 0 - ن 0 2 >> ص 0 2 - ص 0 3 (ص 0 - قيمة التوازن) ؛ لكن- التضخيم عمليات الاستحواذ. المستويات 1 و 2 مشبعة بإشعاع كهرومغناطيسي مكثف ، بحيث ن 1 ن 2 = (ن 0 1 + ن 0 2) / 2 ؛ نتيجة ل ص 2 - ص 3 يزيد بنسبة ( ن 0 1 - ن 0 2 )/ 2 ، وامتصاص إشارة على التردد الخامس 32 زيادات حادة ؛ ب- تأثير مازر تشبع المستويين 1 و 3dit على الشرط الضروري [ ن 3 -ن 2 (ن 0 1 -ن 0 2) / 2> 0] من أجل توليد e-magn. إشعاع على تردد الخامس 32

خاتمة. وجد EPR تطبيقًا واسعًا في فك. مجالات الفيزياء والكيمياء والجيولوجيا والأحياء والطب. يتم استخدامه بشكل مكثف لدراسة سطح المواد الصلبة ، وتحولات الطور ، والأنظمة المضطربة. في فيزياء أشباه الموصلات ، يتم استخدام EPR لدراسة مراكز الشوائب الضحلة والعميقة ، وناقلات الشحن المجاني ، وأزواج ومجمعات الشوائب الحاملة ، والإشعاع. تمت دراسة العيوب ، والاضطرابات ، والعيوب الهيكلية ، وعيوب عدم الشكل ، وتشكيلات الطبقة البينية (مثل Si - SiO 2) ، وتفاعل الشوائب الحاملة ، وعمليات إعادة التركيب ، والموصلية الضوئية ، وظواهر أخرى.

أشعل.: Altshuler S. A. ، Kozyrev B. M. ، الرنين المغنطيسي الإلكتروني لمركبات عناصر المجموعات الوسيطة ، 2 إد. ، م ، 1972 ؛ تجمع الفصل ، تقنية مطيافية EPR ، العابرة. من الإنجليزية ، M. ، 1970 ؛ أبراهام أ. ، بليني ب. ، الرنين المغنطيسي للإلكترون للأيونات الانتقالية ، العابرة. من الإنجليزية ، 1-2 ، M. ، 1972-73 ؛ Mailman M. L. ، Samoilovich M. I. مقدمة في التحليل الطيفي EPR للبلورات المفردة المنشطة ، M. ، 1977 ؛ التأثيرات الكهربائية في التنظير الإشعاعي ، أد. M.F.Daygena، M.، 1981؛ Roitsin A. B. ، Mayevsky V.H. ، التحليل الطيفي الراديوي لسطح المواد الصلبة ، K. ، 1992 ؛ التحليل الإشعاعي للحالة الصلبة ، أد. أ.ب.رويتسينا ، ك. ، 1992. A. B. Roitsin.

يعتمد الرنين المغناطيسي على امتصاص الرنين (الانتقائي) لإشعاع التردد اللاسلكي بواسطة الجسيمات الذرية الموضوعة في مجال مغناطيسي ثابت. تدور معظم الجسيمات الأولية ، مثل القمم ، حول محورها. إذا كان للجسيم شحنة كهربائية ، فعندما يدور ، ينشأ مجال مغناطيسي ، أي يتصرف مثل المغناطيس الصغير. عندما يتفاعل هذا المغناطيس مع مجال مغناطيسي خارجي ، تحدث ظواهر تجعل من الممكن الحصول على معلومات حول النوى أو الذرات أو الجزيئات ، والتي تشمل هذا الجسيم الأولي. طريقة الرنين المغناطيسي هي أداة بحث عالمية تستخدم في مجالات متنوعة من العلوم مثل البيولوجيا والكيمياء والجيولوجيا والفيزياء. هناك نوعان رئيسيان من الرنين المغناطيسي: الرنين المغناطيسي الإلكتروني والرنين المغناطيسي النووي.

الرنين المغنطيسي الإلكترونتم اكتشاف (EPR) بواسطة Evgeny Konstantinovich Zavoisky في جامعة Kazan في عام 1944. لقد لاحظ أن بلورة واحدة موضوعة في مجال مغناطيسي ثابت (4 مللي متر) تمتص إشعاع الميكروويف بتردد معين (حوالي 133 ميجا هرتز).

جوهر هذا التأثير على النحو التالي. تتصرف الإلكترونات في المواد مثل المغناطيسات المجهرية. إذا وضعت مادة في مجال مغناطيسي خارجي ثابت وعملت عليها بمجال تردد لاسلكي ، فعندئذٍ في المواد المختلفة ستعيد توجيهها بطرق مختلفة وسيكون امتصاص الطاقة انتقائيًا. عودة الإلكترونات إلى اتجاهها الأصلي مصحوبة بإشارة تردد لاسلكي تحمل معلومات حول خصائص الإلكترونات وبيئتها.

تقسيم زيمان يتوافق مع نطاق تردد الراديو. يتم تحديد عرض خط طيف الحالة المنقسمة من خلال تفاعل يدور الإلكترون مع عزمها المداري. هذا يحدد وقت ارتخاء الذرات نتيجة تفاعلها مع الذرات المحيطة. لذلك ، يمكن أن يكون EPR بمثابة وسيلة لدراسة بنية التركيب الداخلي للبلورات والجزيئات ، وآلية حركية تفاعلات كيميائيةومهام أخرى.

أرز. 5.5 انطالق العزم المغناطيسي (M) لمغناطيس في مجال مغناطيسي ثابت.

أرز. يوضح 5.5 ظاهرة حركة الإلكترون في المجال المغناطيسي. تحت تأثير لحظة الدوران التي تم إنشاؤها بواسطة المجال ، تقوم اللحظة المغناطيسية بإجراء دورات دائرية على طول المصفوفة المولدة للمخروط بتردد Larmor. عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي متناوب ، يقوم متجه الشدة بعمل حركة دائرية بتردد Larmor في مستوى عمودي على المتجه. في هذه الحالة ، تتغير زاوية الانحراف ، مما يؤدي إلى انقلاب العزم المغناطيسي (M). الزيادة في زاوية البداية مصحوبة بامتصاص طاقة المجال الكهرومغناطيسي ، ويرافق انخفاض الزاوية إشعاع بتردد.

من الناحية العملية ، من الأنسب استخدام لحظة بداية الامتصاص الحاد لطاقة مجال خارجي بتردد ثابت وتحريض مجال مغناطيسي متغير. كلما كان التفاعل أقوى بين الذرات والجزيئات ، اتسع طيف EPR. هذا يجعل من الممكن الحكم على تنقل الجزيئات ، لزوجة الوسط (>).

أرز. 5.6 اعتماد قدرة امتصاص طاقة مجال خارجي بواسطة مادة ما على قيمة لزوجتها.

, , (5.4)

نسبة الجيرومغناطيسية.

على سبيل المثال ، عندما ينبغي أن يكون تردد التأثير الكهرومغناطيسي داخل.

تُستخدم هذه الطريقة ، وهي أحد أنواع التحليل الطيفي ، في دراسة التركيب البلوري للعناصر ، وكيمياء الخلايا الحية ، والروابط الكيميائية في المواد ، وما إلى ذلك.

على التين. يوضح الشكل 5.6 مخطط الكتلة لمطياف EPR. يعتمد مبدأ عملها على قياس درجة امتصاص الرنين للإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمر عبره مع تغير قوة مجال مغناطيسي خارجي.

أرز. 5.7 مخطط مطياف EPR (أ) وتوزيع خطوط المجال المغناطيسي والكهربائي في الرنان. 1 - مولد إشعاع الميكروويف ، 2 - دليل موجي ، 3 - مرنان ، 4 - مغناطيس ، 5 - كاشف إشعاع ميكروويف ، 6 - مضخم إشارة EPR ، 7 - أجهزة تسجيل (كمبيوتر أو راسم الذبذبات).

خدم اكتشاف EPR كأساس لتطوير عدد من الطرق الأخرى لدراسة بنية المواد ، مثل الرنين المغنطيسي الصوتي ، والرنين الحديدي والمغناطيسي المضاد ، والرنين المغناطيسي النووي. في المظهر الرنين المغنطيسي الصوتيتبدأ الانتقالات بين المستويات الفرعية بفرض اهتزازات صوتية عالية التردد ؛ والنتيجة هي امتصاص صوت رنين.

قدم استخدام طريقة EPR بيانات قيمة عن بنية الزجاج والبلورات والمحاليل ؛ في الكيمياء ، مكنت هذه الطريقة من إنشاء بنية عدد كبير من المركبات ، ودراسة التفاعلات المتسلسلة ، وتوضيح دور الجذور الحرة (الجزيئات ذات التكافؤ الحر) في مظهر ومسار التفاعلات الكيميائية. أدت الدراسة الدقيقة للجذور إلى حل عدد من المشاكل في البيولوجيا الجزيئية والخلوية.

طريقة EPR هي أداة بحث قوية للغاية ؛ لا غنى عنها عمليًا لدراسة التغييرات في الهياكل ، بما في ذلك البيولوجية. حساسية طريقة EPR عالية جدًا وتشكل جزيئات مغناطيسية. يعتمد البحث عن مواد جديدة للمولدات الكمومية على استخدام EPR ؛ تُستخدم ظاهرة EPR لتوليد موجات فائقة القوة.

الظواهر الرنين المغنطيسي الإلكترون(EPR) و الرنين المغناطيسي النووي(الرنين المغناطيسي النووي) تستخدم على نطاق واسع في الفيزياء الحديثة والكيمياء والبيولوجيا والطب في دراسة العمليات التي تحدث بمشاركة الجزيئات والمغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر الرنين المغناطيسي النووي الأساس المادي لأقوى طريقة حديثة للحصول على صور للأعضاء والأنسجة البشرية - التصوير بالرنين المغناطيسي(التصوير بالرنين المغناطيسي).

طريقة EPR المكتسبة أهمية عظيمةفي الكيمياء والبيولوجيا في المقام الأول بسبب القدرة على اكتشاف وتحديد الجذور الحرة في المواد الكيميائية و النظم البيولوجية. في هذه الحالة ، لا يتم تحديد نوع وتركيز الجذور الحرة فقط بدقة عالية ، ولكن أيضًا حركية التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث مع تكوين الجذور الحرة في كل من المرحلتين الوسيطة والنهائية من التفاعل.

الجذور الحرة في النظم البيولوجية

من المعروف أنه وفقًا لمبدأ باولي ، لا يمكن أن يكون هناك أكثر من إلكترونين في كل حالة كمية للجزيء ، يجب أن يكون دورانهما متعاكسين (معوضين). غزل- هذه خاصية داخلية للإلكترون ، تتجلى في وجود لحظة ميكانيكية خاصة بها ي، بمعنى آخر. يشبه الإلكترون قمة "ملتوية". بالنسبة للجزيئات المستقرة ، عادةً ما يكون عدد الإلكترونات الزوجي مميزًا ، ولكل زوج من الإلكترونات عند أي مستوى طاقة موجه بشكل معاكس ، أو كما يقولون ، يدور (زوجي) تعويض.

ومع ذلك ، هناك مركبات يكون فيها عدد الإلكترونات فرديًا ، ومن ثم لن يتم تعويض دوران أحد إلكترونات التكافؤ. ينشأ الموقف نفسه أيضًا إذا تم أخذ إلكترون واحد بعيدًا عن مركب مستقر أو ، على العكس من ذلك ، تمت إضافة إلكترون واحد إليه. ثم لن يتم تعويض دوران أحد الإلكترونات.

يسمى الجزيء أو جزء منه يحتوي على إلكترون غير مزدوج الجذور الحرة.

من وجهة نظر الكيمياء ، فإن وجود إلكترون غير مزدوج في جزيء ما هو أكثر من وجود تكافؤ حر فيه. لذلك ، الجذور الحرة نشطة للغاية كيميائيًا. تدخل بسهولة في روابط كيميائية مع جزيئات ومركبات كيميائية أخرى ، مما يؤثر على مسار العديد من العمليات في النظم البيولوجية.

تلعب الأنواع التالية من الراديكاليين الدور الأكثر أهمية في الأنظمة البيولوجية (غالبًا ما يتم الإشارة إلى الجذر بنقطة فوق المجموعة الكيميائية المقابلة):

• الجذور الحرة للماء: OH - هيدروكسيل ، H0 2 - بيروكسيد ، 0 2 - فوق أكسيد ؛
• الجذور الحرة للجزيئات العضوية التي تشكلت تحت تأثير الأشعة المؤينة والأشعة فوق البنفسجية:

حيث e "إلكترون منحل ، ويشار إلى الجذر الناتج بنقطة أعلاه.

تلعب هذه الجذور الحرة دورًا مهمًا في إحداث أضرار إشعاعية للأنسجة والأعضاء ، وكذلك في حروق الأشعة فوق البنفسجية ؛

• تشارك الجذور الحرة من الكينونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال في الجسم ؛
• يمكن أن تتكون الجذور الحرة للدهون في ظل ظروف معينة أثناء أكسدة أحماضها الدهنية. يؤدي وجود الجذور الحرة في دهون الأغشية البيولوجية إلى انتهاك نفاذية الأيونات والجزيئات الأخرى ، مما يؤدي إلى تطور مرض معين في الجسم. مثال على هذه الأمراض هو تطور حمامي الجلد بالأشعة فوق البنفسجية ، وحروق العين الخفيفة ، وما إلى ذلك.

الفرق الفيزيائي الرئيسي بين الجذور الحرة والجزيئات الأخرى هو أن الجذور الحرة هي شبه مغناطيسية ، أي لها عزم مغناطيسي خاص بها ، بينما الجزيئات المستقرة لا تمتلكها ، أي هم مغناطيسي. هذا الاختلاف في الخصائص المغناطيسية هو الذي يجعل من الممكن اكتشاف الجذور الحرة بين الجزيئات المغناطيسية.

الطريقة الفيزيائية الرئيسية لدراسة الجذور الحرة في النظم البيولوجية هي الرنين المغنطيسي الإلكترون(EPR). أصبحت طريقة EPR منتشرة في علم الأحياء والطب على وجه التحديد بسبب قدرتها على تحديد وجود ونوع الجذور الحرة في النظم البيولوجية. في الجسم الحي ،لدراسة حركية التفاعلات الكيميائية الحيوية بمشاركتهم ، إلخ.

في الوقت نفسه ، من المهم جدًا أن تكون هذه الطريقة غير جراحية وغير ضارة وتسمح للفرد بدراسة العمليات التي تحدث في الكائنات الحية دون إجراء أي تغييرات على هذه العمليات.

يمكن استخدام أطياف EPR لتحديد تكافؤ أيون مغناطيسي وتماثل بيئته ، والتي ، بالاقتران مع بيانات التحليل الهيكلي للأشعة السينية ، تجعل من الممكن تحديد موضع الأيون البارامغناطيسي في الشبكة البلورية. تتيح قيمة مستويات الطاقة للأيون البارامغناطيسي مقارنة نتائج EPR ببيانات الأطياف الضوئية وحساب الحساسيات المغناطيسية للمغناطيسات.

تتيح طريقة EPR تحديد طبيعة وتوطين عيوب الشبكة ، مثل مراكز الألوان. في المعادن وأشباه الموصلات ، يكون EPR ممكنًا أيضًا ، ويرتبط بتغيير اتجاه دوران الإلكترون الموصّل. تُستخدم طريقة EPR على نطاق واسع في الكيمياء والبيولوجيا ، حيث يمكن تكوين الجزيئات ذات الروابط الكيميائية غير المملوءة - الجذور الحرة - أثناء التفاعلات الكيميائية أو تحت تأثير الإشعاع المؤين. عادة ما يكون عامل g لديهم قريبًا من عرض خط EPR
صغير. بسبب هذه الصفات ، يتم استخدام أحد الجذور الحرة الأكثر استقرارًا () ، والتي لها g = 2.0036 ، كمعيار في قياسات ESR. في علم الأحياء EPR ، تمت دراسة الإنزيمات والجذور الحرة في النظم البيولوجية والمركبات العضوية المعدنية.

1. EPR في المجالات المغناطيسية القوية

تم إجراء الغالبية العظمى من الدراسات التجريبية للرنين المغنطيسي في المجالات المغناطيسية التي تقل شدتها عن 20 كه.وفي الوقت نفسه ، فإن استخدام الحقول الثابتة الأقوى والحقول المتناوبة للترددات الأعلى من شأنه أن يوسع بشكل كبير من إمكانيات طريقة EPR ويزيد من المعلومات التي توفرها. في المستقبل القريب المجالات المغناطيسية الدائمة تصل إلى 250 كهوالحقول المندفعة التي تقاس بعشرات الملايين من الأويرستد. هذا يعني أن وصلات زيمان في الحقول الثابتة ستصل إلى ما يقرب من 25
، وفي الحقول النبضية ، تكون القيم أكبر بمرتبتين من حيث الحجم. منخفض ، باستخدام مقياس طيف مع مغناطيس فائق التوصيل ، تم قياس EPR في الحقول ح0 65 كه.لاحظ بروخوروف وزملاؤه إشارات EPR بطول موجي =1,21مم.

يجب أن تكون المجالات المغناطيسية القوية ذات فائدة كبيرة لانبعاث أيونات الأرض النادرة في البلورات ، حيث تتراوح الفترات الفاصلة بين المستويات الفرعية لستارك من 10 إلى 100.
. غالبًا ما يكون تأثير EPR في الحقول العادية غائبًا لأن مستوى ستارك الأرضي يتضح أنه قطعة واحدة ، أو لأن الانتقالات بين المستويات الفرعية لـ Zeeman لأرض Kramers المضاعفة ممنوعة. التأثير الناتج عن التحولات بين المستويات الفرعية المختلفة لـ Stark ممكن بشكل عام. علاوة على ذلك ، يتميز المجال البلوري في بلورات الأرض النادرة بعدد كبير من المعلمات ، لتحديد أي معرفة ز- موتر زوج كرامر الرئيسي لا يكفي.

يمكن أيضًا استخدام المجالات المغناطيسية القوية لدراسة أيونات مجموعة الحديد ، على وجه الخصوص ، مثل

التي لديها تقسيمات النظام 10 100
.

عند تطبيقها على الأزواج المقترنة بالتبادل ، فإن الحقول المغناطيسية القوية ستجعل ذلك ممكنًا ، من خلال ملاحظة التأثير الناتج عن التحولات بين المستويات مع معان مختلفةتدور الناتج ستقيس الأزواج ذات الدقة الطيفية معامل تفاعل التبادل ي.

سيكون للرنين البارامغناطيسي في المجالات المغناطيسية القوية عدد من الميزات. تحدث تأثيرات تشبع المغنطة في درجات حرارة عالية نسبيًا. في درجات الحرارة غير المنخفضة جدًا ، سيكون استقطاب اللحظات المغناطيسية الأيونية قويًا لدرجة أنه بالإضافة إلى المجال المغناطيسي الخارجي ، سيكون من الضروري إدخال مجال داخلي في ظروف الطنين. سيظهر اعتماد شروط الرنين على شكل العينة.