תהודה מגנטית אלקטרונית

תהודה מגנטית אלקטרונית (או: תהודה פראמגנטית אלקטרונית; תמ"א) היא שיטה ספקטרוסקופית לאפיון חומרים פאראמגנטיים. השיטה משמשת לחקר מבניהם ותכונותיהם של מאקרו-מולקולות ביולוגיות (כגון חלבונים [1] [2]. [3] [4] [5], דנ"א [6] [7] [8] [9], רנ"א [10] [11] [12]), רדיקלים אורגניים [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] ואנאורגניים [20] [21] [22], פגמים נקודתיים במוצקים גבישיים [23] [24] [25] [26], קומפלקסים של מתכות מעבר [27] [28] [29] [30], חומרים מזופורוזיביים [31] [32] [33], ממברנות פוספוליפידים [34] [35] [36] [37] [38] [39] ועוד.

השיטה מבוססת על אינטראקציות בין אלקטרונים בלתי-מזווגים לבין שדות מגנטיים: אלקטרון בלתי מזווג הנמצא בשדה מגנטי מסוגל בתנאים מסוימים לבלוע קרינת מיקרוגל. מתוך מדידת התנאים בהם מתרחשת בליעה ניתן להסיק על הסביבה הפיזיקלית והכימית שבה נמצא אותו אלקטרון, וכך ללמוד על מבנה החומר שמכיל את האלקטרון הזה.

תופעת התמ"א התגלתה על ידי הפיזיקאי הסובייטי יבגני זאבויסקי ( en:Yevgeny Zavoisky) מ אוניברסיטת קאזאן ב-1944.

סקירה היסטורית

ב-1896 גילה פיטר זימן את האינטראקציה בין חלקיקים לשדות מגנטיים סטאטיים ( אפקט זימן). ב-1922 גילו אוטו שטרן ווולטר גרלך [40] את המומנט המגנטי הקוונטי של אלקטרון בלתי מזווג ( ניסוי שטרן-גרלך). וולפגנג פאולי תיאר "דרגת חופש דו ערכית" של אלקטרון ב-1924, וב-1925 הציעו ראלף קרוניג, ומעט לאחר מכן ג'ורג' אולנבק וסמואל גודסמית [41], כי מהותה הפיזיקלית של אותה דרגת חופש היא תנע זוויתי אינטרינסי. פאולי, שהתנגד בתחילה לרעיון, ניסח את תורת הספין על בסיס מכניקת הקוונטים ב-1927.

ב-1938 תיאר איזידור רבי מעברים בין רמות אנרגיה בתגובה לשדה מגנטי מתנודד [42] – התיאור הראשון של תהודה מגנטית גרעינית. ב-1944 היה יבגני זבויסקי הראשון לאתר תהודה מגנטית אלקטרונית, בה צפה במלחי נחושת ומגנזיום [43] פרנקל תרם לפירוש תוצאות אלה [44]. כמעט באותו הזמן גילה ברביס בליני ( en:Brebis Bleaney) מאוקספורד את אותה התופעה.

השימוש הנרחב בציוד לקרינת מיקרוגל במלחמת העולם השנייה תרם להתפתחות התמ"א. מן התאורטיקנים הראשונים שתרמו תרומות תאורטיות חשובות ניתן להזכיר את אנטול אברגם ( en:Anatole Abragam) מהקולז' דה פראנס, ברביס בליני, מוריס פרייס ( en:Maurice Pryce) מאוקספורד, וג'והן ואן-ולק ( en:John Hasbrouck Van Vleck) מהרווארד, אם להזכיר רק אחדים. ספקטרומטר התמ"א התעשייתי הראשון הוצג ב-1956 על ידי וריאן (Varian).

ב-1958 ריצ'רד בלום (Richard Blume) מאוניברסיטת קולומביה דיווח על ההד הספיני האלקטרוני הראשון [45] (לאחר גילוי ההד הספיני הגרעיני על ידי ארווין האן [46] ( en:Erwin Hahn)). באותה שנה דיווחו גורדון ובאוארס על הדים ספינים גרעיניים בתדרי מיקרוגל [47]. בשנות השישים פותחה תמ"א בדפקים (להלן) בעיקר במעבדות בל, בהובלת וויליאם מימס. מעבדה זו הייתה הראשונה לדווח על אפנון מעטפת הד ספיני אלקטרוני (Electron Spin Echo Envelope Modulation - ESEEM) [48] ועל תהודה כפולה אלקטרונית-גרעינית בדפקים (Pulse Electron Nuclear Double Resonance – ENDOR) [49] (ראו להלן). ESEEM ו – ENDOR מהוות כלים שימושיים בחקר סביבתם הכימית של אלקטרונים.

ב-1987 שווק ספקטרומטר הדפקים התעשייתי הראשון על ידי חברת ברוקר ( en:Bruker) [50]. ב-1996 שווק הספקטרומטר התעשייתי הראשון שפועל בשדה גבוה [51].

Other Languages
беларуская (тарашкевіца)‎: Электронны парамагнітны рэзананс
norsk nynorsk: Elektronspinnresonans
srpskohrvatski / српскохрватски: Elektronska paramagnetna rezonanca