Электронды парамагнитті резонанс (ЭПР) қ дісі ә Орында

Электронды парамагнитті резонанс (ЭПР) қ дісі ә Орында ан: Таушан Б. А. ғ

Сол жа суретте Завойскийқ Евгений Константинович, совет физик-эксспериментаторы. сті гі суретте электронды парамагнитті резонанс анализаторы ЭПР «АХМ-09» Ү ң • Электронды парамагниттік резонансты қ (ЭПР. ESR) Е. К. Завойский 1944 жылы аш ан. Б лқ ұ т ра тымагниттік моменткеие болатын, рамында б лшектері ұ қ құ ө (атомдары, молекулалары, иондары) бар ж йені зіне электромагниттік ріс ү ң ө ө знергиясынрезонанстысі іру к былысы. М ндайда ке істікте р т рлі ба ытта ымагниттік ң ұ ұ ң ә ү ғ ғ моментімен байланыс ан энергетикалы де гейлері арасында энергияны қ қ ң ң сі ірілуіиндукцияланады. ң Жалпы т сінік ү

Т ра ты магниттік ріс жо ұ қ ө қ кезде магниттік моменттер емін- еркін ба ытталып, ж йені к йі ғ ү ң ү энергия бойынша т мендейді, ө алмоменттер осындысы н лге қ ө те. Магниттік рісті берген ң ө кезде ж йедегі т мендеу ү ө алынадып, ріс ба ытында ы ө ғ ғ магниттік моменттік проекциясы квантталу ережесіне с йкес ә белгілі м ндерге ие болады, ә де гей энергиясы (Е 0) ң ыдырайды. Онда ы туындайтын ғ де гейшелерді ара ашы ты ы ң ң қ қ ғ рісті кернеулігіне тэуелді ө ң болады: м нда ы g — спектроскопиялы ұ ғ қ ыдырау факторы. μ — Бор магнитоны. Н — рісті ө ң кернеулігі. -=∆Е=g. H лшеулер н тижелері ЭПР спектрі графигі ретінде алынады. Ө ә Программада спектрлерді жина тау, орташалау, са тау ж не қ қ ә печать а жіберу функциялары арастырыл ан. қ қ ғ

Электрондарды денгейшелер бойынша таралуы ң Больцман за ына ба ынады, онда ы ң ғ ғ денгейшелерді толы тырылуы келесі рнек ң қ ө ар ылы аны талады: қ қ =exp Егер лгі жиілігі v айнымалы магниттік рісті ү ө ң серіне шыраса: ә ұ -=∆Е=g. H резонанс пайда болады. осы кезде к ршілес ө де гейшелер арасында ы ауысулар ң ғ индукцияланады, б л жа дайда кванттын hv сі ірілуі ұ ғ ң мен шы арылу м мкіндігі тен болады. К біне ғ ү ө айнымалы рісті (оны магнитгік раушысыны ) ө ң ң құ ң энергияны резонансты сі іруі басымыра теді, қ ң қ ө йткені Больцманны таралуына с йкес (0, 2%) ө ң ә т менгі де гейдегі электрондар саны арты. ө ң қ а- ЭПР ж ту исы ы ұ қ ғ б- ж тылуды бірінші туындысы ұ ң в- ж тылуды екінші туындысы ұ ң ∆ — ж ту исы ыны жартылай биіктігіндегі ұ қ ғ ң сызы алы ды ы қ қ ң ғ —

Алайда энергияны сі ірілуін здіксіз бай ау шін резонансты шарты жеткіліксіз, ң ң ү қ ү ң йткені электромагниттік с уле шы арулар рекеттескен кезде де гейшелер ө ә ғ ә ң орналасуыны те елуі теді. Электронды де гейшелерді орналасуында ң ң ө қ ң ң Больцманды таралуды стап т ру шін релаксациялы процесс кажет. қ ұ ү ү қ Электрондардын оздырыл ан к йден негізгі к йге релаксациялы ауысуы орша ан қ ғ ү ү қ қ ғ ортамен энергия алмас анда ж зеге асады. Де гейшелер арасында ы торлар қ ү ң ғ электрондармен индукциялан ан кезде алмасу ж реді (спин-торлы релаксация). ғ ү Энергияны арты ы электрондар арасында айта таратылады (спин-спинді ң ғ қ релаксация). Электромагниттік с уле шы ару сер еткеннен кейін ж йені негізгі ә ғ ә ү ң к йге айту жылдамды ыны санды лшемі — спинторлы Т ж не спинды ү қ ғ ң қ ө ә релаксация Т 2 уа ыты. Сонымен ЭПР спектрі дегеніміз, спиндік ж йені қ ү ң электромагниттік энергияны сі іруін тіркейтін, орны ты да т ра ты ондыр ы. ң қ ұ қ қ ғ ЭПР спектріні негізгі параметрлері интенсивтік, резонансты сызы ты пішіні мен ені, ң қ қ ң g-фактор, ж а ж не ас ын ж а рылым болып саналады. Іс ж зінде сі іру ұқ ә қ ұқ құ ү ң исы ынын бірінші туындысы — жиі, ал екіншісі сиректеу тіркеледі. Б л исы тар қ ғ ұ қ қ алынатын м ліметті ай ындап, сезімталдылы ты арттыру а м мкіндік береді. ә қ қ ғ ү Медициналы ЭПР томографы қ Спектрометрді ң СВЧ-тракт ондыр ысы қ ғ

Н зік рылымә құ • рамында бірден к п ж птас ан Құ ө ү қ электроны ( S>l/2 ) бар парамагниттік иондарды ң ЭПР спектрінде туындайды. Мысалы, S = 3/2 бар ион ағ т ра ты магнит рісін бергенде ( ұ қ ө 2 S + 1 ) де гейше т зіледі, онда бос ң ү иондарды ара ашы ты ы бірдей, квантты сі іргенде бір ң қ қ ғ ң резонансты с йірше бай алады. ү қ Иондық кристалда онда ы кристалды рісті ғ қ ө ң бірдей болмауынан спиндік ж йедегі жар ы де гейшелер аралы тары р ү ғ ң қ ә т рлі болады. Н тижесінде электромагниттік с уле шы аруды сі іру ү ә ә ғ ң рісті р т рлі м нінде ж реді. Б л ЭПР ө ң ә ү ұ спектрінде ш ү резонанстық сызы ты пайда болуына келтіреді. қ ң

Спектрометрді функционалды схемасың

Аса н зік рылымә құ • ЭПР спектрлері – ж п аспа ан электронны магниттік ұ ғ ғ ң моментіні ядро магниттік моментімен зара ң ө рекеттесуінен пайда бол ан ә ғ ма ызды м ліметтерді береді. Айталы сутек ң ә қ атомында ы ғ ж птаспа ан электроныны магниттік ж не протоныны ұ ғ ң ә ң ядролы спині пайда бол ан локальды рісте орналас ан қ ғ ө қ делік. Б л жа дайда ядролы спинні магниттік еріске ұ ғ қ ң катынасы екі т рлі ба ыт алуына м мкіндігі болады: ү ғ ү осы рістік тура ж не кері ба ыты бойынша, ал б л орбір ө ә ғ ұ зеемановты де гейді екіге б лінуіне келтіреді. қ ң ң ө • Белгіленген жиілік кезінде бір резонансты сі іру қ ң сызы тарынып орнына аралы ы, сіре ж а зара қ ғ ә ұқ ө рекеттестік т ра тысы деп аталатын екі сызы ә ұ қ қ туындайды: a = 5, 12 • 10 -2 Тл.

Аса жу а абатты зара рекеттесуін екі типке б леді: анизотропты қ қ ң ө ә ө ядро мен ж птаспа ан электронны диноль-дипольдік рекеттесуімен ұ ғ ң ә байланысты; изотропты ядро н ктесіндегі ж птаспа ан электронны ү ұ ғ ң спиндік ты ызды ы н лге те елгенде туындайды. Бірінші тектегі ғ ғ ө ң рекеттесу ядро мен электронды осатын сызы а ж не магниттік ріс ә қ ққ ә ө ба ытыны арасында ы б рыш а 0 т уелді, онын шамасы: ғ ң ғ ұ қ ә α=µ- Ж птаспа ан электронны I спи ұ ғ ң ні бар ядромен осындай рекеттесуі бол анда ЭПР сі іру ә ғ ң сызы тары интенсивтікке те (2 қ ң 1+1) рамдас құ б ліккеө ыдырайды. Б ан эквиваленттік ұғ ядро спектрде те орналаскан ң (и +1) эквидистантты орналас ан сызы тар пайда қ қ болады, б ларды ұ ң интенсивтікке атысты биномды қ ыдырау коэффициентіне пропорционал (1 + X)». Жеке алын ан на ты рбір ғ қ ә жа дайда ы ядролы ғ ғ қ спиндерді ба ытталуы ң ғ мультиплеттік ж не интенсивтік ә ба дарымен аны талады. ғ қ ЭПР. а- сырт ы қ магниттік рістегі спині ө S=1/2 те парамагнитті ң б лшек, оны екі ө ң де гейшесі бар ң ж не ә . Магнитті рісті ө ң резонансты м ндерінде ә оларды айырымы ң СВЧ-ша ылу квант ғ энергиясына ħω те ң болады. Б л кезде (б) ұ ж ту спектрінде Hp 1 ұ ж не Hp 2 жанында ә зіндік шолпылдары ө всплеск бай алады. Ұ Қ қ

Алмасу сы ылуы. ғ Жа ын жат ан электрон спиндерді арасында қ қ ң J алмасу серлесуі ә бар парамагнетикті арастырайы. Спин лестурі қ қ ү болатын Т с температурадан лде айда лкен болатын температура ә қ ү лгі орналассын деп саналады. Осы жа дайларда жасалатын ү ғ эксперименттер спинді резонанс сызы ыны бай алатын е і ғ ң қ ң диполь-дипольді серлесу шін теориялы м ндерінен лд айда ә ү қ ә ә қ тар болып шы анын к рсетті. Осы эффект алмасу сы ылу деп ққ ө ғ аталады. Кейбір ма ынада, ол ядроларды оз алысынан ғ ң қ ғ туындайтын тарылу эффектісіне пара пар. Алмасу жиілігін секірістерді 1/τ жиілігі ретінде интерпретациялаймыз. Онда, сы ылу ң ғ шін алын ан оз алыстан туындайтын алмасу-сы ылу сызы ыны ү ғ қ ғ ғ ғ ң е і шін і жалпыласа : ң ү қ м нда ы алмасу болмайтын кездегі статикалы ұ ғ қ дипольды е іні квадраты ң ң 5 сурет. 24, 55 ГГц жиіліктегі Ni. Si *6 O кристаллын да ы ғ электронды парамагнитт ік резонанс.

Н лдік рістегі ө ө ыдырау. Кейбір парамагниттік иондарды ішкі ң кристаллды рісті серінен негізгі ө ң ә магнитттік энергетикалы де гейлерді қ ң ң 1010 -1011 Гц интервалында ыдырау бай алады ж не осы ыдырау қ ә микротол ынды қ радиоспектроскопияны т сілдерімен ң ә бай алынады. Мысал ретінже 25 қ суретте к рсетілген резонансты исы ө қ қ бола алады; осы исы ты б лме қ қ ө температурасында ∆=1, 5*1 Гц н лдік ө рістегі дырауыны н тижесі ретінде ө ң ә т сіндіруге болады. ү Бас а мысал ретінде Mионы – к п қ ө кристаллында ы зерттеу объектісі бола ғ алады. Оны осы кристалл а оспа ғ қ сия ты енгізген. Онда негзігі к й қ ү де гейлеріні ыдырауы 107 Гц –тен 109 ң ң Гц-ке дейін интервалында бай алды. қ Mn. S-тегі Mионы шін электронды парамагнитті резонанс ү исы ы (б лме температурасында, n = 2. 75 ГГц) қ ғ ө

олданыл ан дебиет: Қ ғ ә Ж манов К. Б. Атомды физика — Алматы, <>, 2006, — 369 бет. ұ қ Қ қ Ж манов К. Б. Атомды физика — Алматы, <>, 2000, — 465 бет. ұ қ Қ қ Савельев И. В. Курс общей физики. Т 3 Наука, 1982 Гершензон Е. М. Малов Н. Н. Курс общей физики. — — М. Просвещение, 1979 Детлаф А. А. , Яворский Б. М. , Миликовская Л. Д. , Курс общей физики. Т 3. — М. Высшая школа. 1979 Гершензон Е. М. Малов Н. Н. Практикум по общей физики. — — М. Просвещение, 1982 Поль Р. В. Оптика атомная физика — М. Наука, 1966. Сивухин Д. В. Общей курс физики. Т 4. kk. sciencegraph. net phys. sarwar. kz Со ы ң