電子自旋共振(ESR)波譜儀

　　——能夠檢測樣品中自由基的濃度和成分。

　　簡(jiǎn)介：Micro ESR 配備了一個(gè)小巧的0.348 特斯拉稀土磁體。這個(gè)磁體裝置采用低功率電磁鐵芯來(lái)調節磁場(chǎng)。microESR是一臺連續波(CW)波譜儀，掃描范圍超過(guò)50 0Gauss。磁場(chǎng)中心位于自由電子自旋g值附近。這臺波譜儀采用線(xiàn)性壓控振蕩器作為微波源，可在9.7GHz頻率下產(chǎn)生0.5至70mW射頻功率。microESR采用正交鎖相檢測法，系統內置鎖相放大器。

　　實(shí)例：

　　一、過(guò)渡金屬和超精細分裂：

　　* 向學(xué)生介紹原子核造成的超精細分裂;

　　* 在這項實(shí)驗中，合成了多種配位化合物，并分析了ESR波譜;

　　* 學(xué)生了解到，不只是過(guò)渡金屬原子核會(huì )造成這些化合物的超精細分裂，其他原子核也會(huì )導致超精細分裂;

　　* 還探討了自旋量子數為零(I=0)的原子核;

　　二、動(dòng)力學(xué)：

　　* 向學(xué)生介紹如何使用ESR來(lái)監測反應。

　　* 這項實(shí)驗使用了穩定的氮氧自由基——TEMPOL(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧-4氧基)——來(lái)測定果汁的抗氧化性。

　　* microESR的交互式采集軟件，允許學(xué)生進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗。學(xué)生可以設定每次測定的掃描次數、測定次數和測定間隔時(shí)間。

　　* 波譜儀將在每次掃描后顯示測得的波譜。

　　* 然后，利用microESR處理和分析軟件，進(jìn)一步分析ESR波譜儀采集到的數據。

　　* 所有數據均保存為.csv文件，以便載入任何數據表程序，進(jìn)行數據處理。

　　* 實(shí)驗在水中進(jìn)行，因此，學(xué)生實(shí)驗可以使用放置在5mm石英管內的熔點(diǎn)毛細管。5mm石英管可以重復使用多次。

　　三、ESR譜圖的線(xiàn)型和線(xiàn)寬

　　* 本實(shí)驗旨在分析影響到ESR波譜線(xiàn)型和線(xiàn)寬的多種現象。

　　* 探究黏性對TEMPOL波譜的影響。這是測定旋轉相關(guān)時(shí)間的直接應用。

　　* 分析溶劑對線(xiàn)寬的影響，以及分子氧的存在，如何為電子提供有效的弛豫途徑。

　　* 分析濃度對線(xiàn)寬的影響，介紹自旋-自旋交換概念。

　　* 自旋捕捉劑和自旋加合物

　　四、利用ESR測定濃度

　　* 學(xué)生使用ESR來(lái)測定過(guò)渡金屬配合物的濃度

　　* 這項實(shí)驗非常適用于分析化學(xué)，特別是較之于諸如UV/VIS、滴定法和重量分析法等其他測定濃度的方法。

　　* 這項實(shí)驗要求學(xué)生繪制校正曲線(xiàn)。

　　* 借助microESR的處理和分析軟件，學(xué)生可以比較測定濃度所采用的峰峰信號強度和二重積分值。哪種方法更為精確?

　　* 進(jìn)行定量ESR測定時(shí)，樣品旋轉方向和取向起到了重要作用。盡管這項實(shí)驗所分析的樣品是液體，仍要求學(xué)生分別使用放置在5mm石英管內的硼硅酸鹽毛細管、和2mm石英管進(jìn)行測量，并比較測定結果。

　　五、電子密度

　　* ESR是用于理解電子密度的優(yōu)秀工具，電子密度是一個(gè)非直觀(guān)概念。

　　* 學(xué)生將制取多種半醌自由基陰離子，并分析其各自的ESR波譜。學(xué)生還將分析穩定的氮氧自由基TEMPOL的ESR波譜。

　　* 盡管所有化合物都是環(huán)狀化合物，但是，氮氧化物的未成對電子局域在氧原子和氮原子上;而半醌自由基陰離子則具備一個(gè)離域π電子。在半醌自由基陰離子中觀(guān)察到的質(zhì)子超精細分裂，表明了未成對電子所在的位置。雖然TEMPOL環(huán)上有2個(gè)等價(jià)質(zhì)子，但我們并未觀(guān)察到它們發(fā)生任何超精細分裂。