電子自旋共振

電子順磁共振electron paramagnetic resonance,EPR),又称電子自旋共振electron spin resonance,ESR),是屬於 自旋1/2粒子的 電子靜磁場下发生的 磁共振現象。因为類似靜磁場下自旋1/2 原子核 核磁共振的現象,又因利用到電子的 順磁性,故曾稱作“電子順磁共振”。

由於 分子中的電子多數是成對存在,根據 泡利不相容原理,每个 電子对中的两个电子必為一個 自旋向上,另一個自旋向下,所以磁性互相抵消。因此只有拥有不成對電子存在的粒子(例如 過渡元素重金屬 原子自由基),才能表現磁共振。

雖然电子自旋共振的原理与核磁共振的类似,但由於電子的 質量遠輕於原子核的质量,所以电子有较大的 磁矩。以 原子核( 質子)為例,電子磁矩強度是其659.59倍。因此對於電子,磁共振所在的 拉莫頻率通常需要透過減弱主 磁場強度來使之降低。但即使如此,拉莫頻率通常所在波段仍比 核磁共振拉莫頻率所在的 射頻範圍還要高(通常是在 微波的波段),因此有穿透力以及對帶有 分子的樣品有加熱可能的潛在問題,在進行 人體造影時則需要改變方法。舉例而言,0.3 T的主磁場下,電子共振頻率發生在8.41 GHz,而對於常用的核磁共振核種——質子而言,在這樣強度的磁場下,其共振頻率仅為12.77 MHz

应用

EPR應用在多個領域,其中包括:

  • 固態物理, 辨識與定量 自由基分子(即帶有不成對電子的分子)。
  • 化學,用以偵測 反應路徑。
  • 生物醫学領域,用在標記生物性自旋探子。另外在造影方面另有用途,參見下方說明。
  • 晶体学,用来进行 晶体内部缺陷的局部结构的研究。一般需要配合 测角器(Goniometer)。

一般而言,自由基在化學上是具有高度反應力,而在正常生物環境中並不會以高 濃度出現。若採用特別設計的不反應自由基分子,將之附著在生物 細胞的特定位置,就有可能得到這些所謂“自旋標記”或“自旋探子”分子附近的環境。

其他语言
беларуская (тарашкевіца)‎: Электронны парамагнітны рэзананс
norsk nynorsk: Elektronspinnresonans
srpskohrvatski / српскохрватски: Elektronska paramagnetna rezonanca