顺磁小课堂(第十四期)
作为波谱学的重要分支,电子自旋的直接表征工具,电子顺磁共振波谱学具有不可替代的重要作用。部分初学者常面临基本原理不清、谱图解析困难、仪器操作不熟练等问题。
为帮助大家更好地运用电子顺磁共振波谱技术,国仪量子携手清华大学磁共振实验室推出“顺磁小课堂”栏目,一一解答大家在学习、实验中遇到的问题。
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01
多选题:下列选项可用于EPR研究的是()?
A. 羟基自由基
B. MnCl2
C. 煤炭
D. 土壤
答:ABCD
EPR可用来研究和检测具有未成对电子的物质。
A. 羟基自由基中含有一个未成对电子
B. MnCl2的Mn2+的3d轨道中含有5个未成对电子
C.原生煤体中含有一定的自由基;煤是一种有机大分子,煤分子遭破坏后,其断口和裂隙表面生成大量自由基。煤燃烧也会生成各种气态产物(如CO等)和新自由基。
D. 土壤中含有重金属(如Ni,Co,Pb),石油及其裂解产物等可用于EPR测试的顺磁性物质。
02
判断题:X波段cw-EPR谱图一般被记录为吸收对磁场的一次微分形式。
A. 对
B. 错
答:A
X波段cw-EPR实验中,微波场B1仅以非常小的的量持续扰动体系的自旋磁化,谐振腔中的感应电压非常小,为从本底噪声中检测出这个微弱信号,即提高检测灵敏度,现在谱仪多采用高频(100 kHz)小调场的工作方式。
高频(100 kHz)小调场的工作原理:在缓慢改变的直流磁场B0上叠加一个幅度远小于EPR线宽的高频(如100 kHz)交变场B''= Bmcosωmt,则测试过程中施加在样品上的总磁场为:B= B0+B''= B0+Bmcosωmt
高频小调场工作原理图
从高频小调场的工作原理图可知,施加在吸收信号上的调制场幅度∆B是相同的,但探测到的电流信号I与吸收信号每一点的斜率𝒌成正比。即𝒌越大,相应的调制信号越强。如a,b两点的输出电流∆Iab大于c,d两点的输出信号∆Icd。a,b两点、e,f两点的输出信号的频率大小都为ωm,但相位相差180°。
整个过程中,随着磁场增大,吸收谱的斜率从 0 开始,逐渐增大到某一极大值,然后又开始变小,在吸收峰顶点,斜率为 0;然后∆𝐼 < 0,斜率由 0 逐渐减小到一负的极大值,最后又向 0 靠近。最后得到一个主频为调制频率ωm,幅度被吸收信号的微分所调制的信号。后经相敏检波器检波后得到吸收谱的一阶微分形式。
03
图形题:某同学在进行X波段cw-EPR实验时,得到如下谱图,他首先应该考虑修改的实验参数是()?
A. 减小微波功率
B. 减小放大倍数
C. 增大扫描宽度
D. 增大调制幅度
答:B
调整放大倍数使观察的波谱信号有一个合适的可观察尺寸即可,放大倍数过大会使信号通道过载导致信号将被削除。图中中间较强的峰上下部分被削除,因此首先应考虑减小放大倍数。而修改选项ACD可能会降低检测灵敏度,使图中的小信号丢失。
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供稿:
清华大学 杨海军 李勇
国仪量子 石致富 范莹莹
审核:杨海军
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