Elektronspin-rezonancia

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az elektronspin-rezonancia (rövidítve ESR, angolul Electron Spin Resonance) a spektroszkópiának egy ága. Az anyag fény-abszorbcióját vizsgálja erős mágneses tér jelenlétében. Az ESR hasonló a mágneses magrezonanciához (rövidítve NMR, angolul Nuclear Magnetic Resonance), de ESR esetén az abszorbció az elektronspinek és nem a magspinek rezonanciájának következménye.

ESR/EPR spektrométer

Az ESR több nagyon hasonló alcsoportra bontható, attól függően, hogy milyen mágneses tulajdonságú elektronspineken történik a megfigyelés.

  • A legelterjedtebb az úgynevezett elektron paramágneses rezonancia (EPR, angolul Electron Paramagnetic Resonance). Az EPR általánosan a kémiában és a biológiában használatos, ahol izolált párosítatlan, és így paramágneses spineket vizsgálnak.
  • Nagyon tiszta fémeken, illetve szerves vezetőkben megfigyelhető az úgynevezett vezetési elektronspin rezonancia (CESR, angolul Conduction Electron Spin Resonance), ahol a fémek Pauli-szuszceptibilitása mérhető.
  • Antiferromágneses anyagokban megfigyelhető az úgynevezett antiferromágneses rezonancia (AFMR, angolul Antiferromagnetic Resonance).
  • Ferromágnesesen rendezett anyagokban az úgynevezett ferromágneses rezonancia figyelhető meg (FMR, angolul Ferromagnetic Resonance).

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A jelenséget először Jevgenyij Zavojszkij szovjet fizikus figyelte meg 1944-ben, és párhuzamosan Brebis Bleaney fejlesztette tovább az oxfordi egyetemen.

Elmélet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Zeeman felhasadás energia diagramja.

Az ESR elméletét legegyszerűbben egy külső mágneses térbe  (B_O) helyezett feles spinű ( S = \frac{1}{2} ) elektron esetén érthetjük meg. A mágneses tér nélkül degenerált  m_S = + \frac{1}{2} és  m_S = - \frac{1}{2} két spinállapot energiája külső mágneses térben  E_S = g \cdot \mu_B \cdot B_0 \cdot m_S úgynevezett Zeeman-hatás kölcsönhatás szerint változik (ahogy a jobb oldali ábrán látszik). Így a két spinállapot közti enrgiakülönbség  \Delta E = g \cdot \mu_B \cdot B_0 arányos a külső mágneses térrel. Ekkor ha  E = \hbar \omega = g \cdot \mu_B \cdot B_0 energiájú fénnyel (elektromágneses hullámmal) besugározzuk a rendszert - ami pont a Zeeman energiakülönbségnek felel meg - a két spinállapot között átmeneteket hozhatunk létre. Tipikus laboratóriumi mágneses tér  B_0 = 0.3 T így a megfelelö energiájú fény (elektromágneses hullám) frekvenciája  \omega = 10 GHz.

Az itt leírtak megegyeznek az NMR-nél találtakkal. Az egyetlen különbség, hogy a proton mágneses momentuma ezrede az elektron mágneses momentumának, így azonos mágneses térben az abszorbció frekvenciája is ezrede, azaz a MHz tartományba esik.

Alkalmazások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kémiai alkalmazása olyan szerves, vagy szervetlen kémiai egyedek esetén elterjedt, amelyekben párosítatlan elektronok vannak jelen, vagyis szabad gyökök és átmenetifémeket tartalmazó szervetlen komplex vegyületek fordulnak elő.

A módszernek különös értéke az, hogy mivel egy vegyületben a párosított elektronok nem rezonálnak, a módszer speciálisan csak az ionokat, illetve komplexeket mutatja ki.