電子自旋共振(ESR)波譜儀
——能夠檢測(cè)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調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。microESR是一臺(tái)連續(xù)波(CW)波譜儀，掃描范圍超過50 0Gauss。磁場(chǎng)中心位于自由電子自旋g值附近。這臺(tái)波譜儀采用線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(cè)法，系統(tǒng)內(nèi)置鎖相放大器。
實(shí)例：
一、過渡金屬和超精細(xì)分裂：
* 向?qū)W生介紹原子核造成的超精細(xì)分裂;
* 在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，合成了多種配位化合物，并分析了ESR波譜;
* 學(xué)生了解到，不只是過渡金屬原子核會(huì)造成這些化合物的超精細(xì)分裂，其他原子核也會(huì)導(dǎo)致超精細(xì)分裂;
* 還探討了自旋量子數(shù)為零(I=0)的原子核;
二、動(dòng)力學(xué)：
* 向?qū)W生介紹如何使用ESR來監(jiān)測(cè)反應(yīng)。
* 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)使用了穩(wěn)定的氮氧自由基——TEMPOL(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧-4氧基)——來測(cè)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(yàn)。學(xué)生可以設(shè)定每次測(cè)定的掃描次數(shù)、測(cè)定次數(shù)和測(cè)定間隔時(shí)間。
* 波譜儀將在每次掃描后顯示測(cè)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(shù)據(jù)。
* 所有數(shù)據(jù)均保存為.csv文件，以便載入任何數(shù)據(jù)表程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
* 實(shí)驗(yàn)在水中進(jìn)行，因此，學(xué)生實(shí)驗(yàn)可以使用放置在5mm石英管內(nèi)的熔點(diǎn)毛細(xì)管。5mm石英管可以重復(fù)使用多次。
三、ESR譜圖的線型和線寬
* 本實(shí)驗(yàn)旨在分析影響到ESR波譜線型和線寬的多種現(xiàn)象。
* 探究黏性對(duì)TEMPOL波譜的影響。這是測(cè)定旋轉(zhuǎn)相關(guān)時(shí)間的直接應(yīng)用。
* 分析溶劑對(duì)線寬的影響，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(duì)線寬的影響，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(cè)定濃度
* 學(xué)生使用ESR來測(cè)定過渡金屬配合物的濃度
* 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(cè)定濃度的方法。
* 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生繪制校正曲線。
* 借助microESR的處理和分析軟件，學(xué)生可以比較測(cè)定濃度所采用的峰峰信號(hào)強(qiáng)度和二重積分值。哪種方法更為精確?
* 進(jìn)行定量ESR測(cè)定時(shí)，樣品旋轉(zhuǎn)方向和取向起到了重要作用。盡管這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(nèi)的硼硅酸鹽毛細(xì)管、和2mm石英管進(jìn)行測(cè)量，并比較測(cè)定結(jié)果。
五、電子密度
* ESR是用于理解電子密度的工具，電子密度是一個(gè)非直觀概念。
* 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(wěn)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(duì)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察到的質(zhì)子超精細(xì)分裂，表明了未成對(duì)電子所在的位置。雖然TEMPOL環(huán)上有2個(gè)等價(jià)質(zhì)子，但我們并未觀察到它們發(fā)生任何超精細(xì)分裂。
