微波顺磁共振
核磁共振与顺磁共振
核磁共振与顺磁共振实验报告物理081班08180123 任希摘要：在本实验中，我们了解到了核磁共振和顺磁共振的基本原理；学习了利用核磁共振校准磁场和测量朗德g因子的方法，以及在微波和射频范围内观察电子顺磁现象，在本实验中使用微波进行电子顺磁共振实验。
核磁共振（NMR）是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。
顺磁共振又称为电子自旋共振（ESR），这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。
关键字：核磁共振顺磁共振电子自旋朗德g因子引言：核磁共振（NMR）是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。
早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。
顺磁共振又称为电子自旋共振（ESR），EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。
物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。
以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。
60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。
正文：一.基本原理（1）核磁共振基本原理由量子力学知道，质子数与种子数两者或其一为奇数的原子核才有核自旋，其磁矩与核自旋角动量成正比，可写成：p g N ⋅⋅=μμ式中μ为磁矩，p 为自旋角动量，g 为比例因子，N μ为波尔磁矩，为常数。
当核自旋系统处于恒定直流磁场z B 中时，由于核自旋系统和z B 之间的相互作用，核能级发生赛曼能级分裂。
顺磁共振与核磁共振
顺磁共振与核磁共振实验报告【摘要】核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。
电子顺磁共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振。
铁磁共振具有磁共振的一般特性，而且效应显著，它和核磁共振，顺磁共振一样也是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。
它能测量微波铁氧体的许多重要参数，对于微波铁氧体器件的制造、设计，生产有重要作用。
铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频率的微波磁场中当满足共振条件时产生强烈吸收共振的现象。
本实验目的是学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象并测量铁磁物质的共振线宽和g因子。
【关键词】核磁共振顺磁共振电子自旋自旋g因子【引言】核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。
早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。
顺磁共振（EPR）又称为电子自旋共振（ESR），EPR现象首先是由苏联物理学家 E．K．扎沃伊斯基于1944年从MnCl2、CuCl2等顺磁性盐类发现的。
物理学家最初用这种技术研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、偶极矩及分子结构等问题。
以后化学家根据EPR测量结果，阐明了复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及与反应机理有关的许多问题。
60年代以来，由于仪器不断改进和技术不断创新，EPR技术至今已在物理学、半导体、有机化学、络合物化学、辐射化学、化工、海洋化学、催化剂、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域内得到广泛的应用。
【正文】核磁共振，是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。
它是测定原子的核磁矩和研究核结构的直接而又准确的方法，也是精确测量磁场和稳定磁场的重要方法之一。
实验八微波电子顺磁共振
实验⼋微波电⼦顺磁共振实验⼋微波电⼦⾃旋共振电⼦⾃旋共振⼜称电⼦顺磁共振。
由于这种共振跃迁只能发⽣在原⼦的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电⼦顺磁共振；因为分⼦和固体中的磁矩主要是⾃旋磁矩的贡献所以⼜被称为电⼦⾃旋共振，简称“EPR”或“ESR”。
由于电⼦的磁矩⽐核磁矩⼤得多，在同样的磁场下，电⼦顺磁共振的灵敏度也⽐核磁共振⾼得多。
在微波和射频范围内都能观察到电⼦顺磁现象，本实验使⽤微波进⾏电⼦顺磁共振实验。
⼀、实验的⽬的1．研究微波波段电⼦顺磁共振现象。
2．测量DPPH 中的g 因⼦。
3．了解、掌握微波仪器和器件的应⽤。
4．进⼀步理解谐振腔中TE10波形成驻波的情况，确定波导波长。
在原⼦和分⼦中，电⼦处原⼦核的正电势内，在某些允许的轨道中作轨道运动。
1925年，当时还是学⽣的（Goudsmit 和Uhlenbeck ）认为电⼦不仅作轨道运动，⽽且像围绕着太阳旋转的⾏星那样，还进⾏⾃转。
按照这种模型，当原⼦和分⼦存在具有未配对电⼦的轨道时，由于电⼦⾃旋形成⼀个⼩磁偶极⼦，因⽽当外加⼀定强度的磁场后，由于电⼦⾃旋和磁场之间的相互作⽤，其轨道能级进⼀步劈裂成⼏个能级。
在这些特定的能级之间，如果发⽣电⼦跃迁，将引起电磁波的吸收和发射，这就是ESR 。
如果原⼦和分⼦的电⼦轨道全部是封闭壳层时，由泡利（Pauli ）原理，各电⼦轨道将分别被两个⾃旋相反的电⼦占有，由电⼦⾃旋产⽣的磁矩就彼此抵消。
因此也测不到ESR 。
原⼦核也和电⼦⼀样，由于核⾃旋也形成⼀个⼩磁体（核磁⼦），其中有代表性的就是质⼦（1H ）。
与ESR 的情况相同，如和外磁场之间的相互作⽤，也能使原⼦能级分裂，这时如果在分裂的能级间引起电磁波的吸收和发射，这就是NMR 。
⼆、实验原理本实验有关物理理论⽅⾯的原理请参考有关“电⼦⾃旋（顺磁）共振”实验、“微波参数测量”实验等有关章节。
具有未成对电⼦的物质置于外磁场B 0中，由于电⼦⾃旋磁矩与外加磁场B 0相互作⽤，导致电⼦基态塞曼能级分裂，其能量差为：0B B g E µ=? （1）其中g=2.0023为⾃由电⼦的朗德因⼦。
顺磁共振实验报告
摘要：本次实验旨在通过顺磁共振（EPR）技术，探究物质在恒定磁场和射频场或微波场作用下的电子自旋共振现象。
实验中，我们测量了有机自由基DPPH的g因子值，并分析了微波器件在电子自旋共振中的应用。
通过观察矩形谐振长度的变化，我们进一步理解了谐振腔的驻波特性。
实验结果表明，顺磁共振技术在物质结构和性能研究方面具有重要的应用价值。
关键词：顺磁共振，电子自旋共振，DPPH，g因子，谐振腔一、引言顺磁共振（EPR）技术，又称为电子自旋共振（ESR），是一种研究物质电子自旋状态的实验技术。
该技术基于电子自旋在恒定磁场中受到射频场或微波场作用下的磁能级跃迁现象。
顺磁共振技术在物理、化学、生物及医学等领域有着广泛的应用，特别是在研究材料的反应过程、结构和性能方面具有重要作用。
二、实验原理1. 电子自旋与磁矩原子中的电子不仅具有轨道运动，还具有一定的自旋运动。
电子的自旋磁矩与轨道磁矩的合成，决定了原子的总磁矩。
当原子处于外磁场中时，电子自旋会取向磁场方向，产生磁能级分裂。
通过射频场或微波场的作用，电子自旋可以在磁能级之间发生跃迁，从而产生EPR信号。
2. 顺磁共振信号EPR信号具有以下特点：（1）具有明显的吸收峰，峰形尖锐；（2）吸收峰的位置与外磁场强度有关，可用于测量物质的g因子；（3）EPR信号的强度与物质的顺磁性质有关。
三、实验装置与材料1. 实验装置：顺磁共振仪、微波源、射频放大器、探头、计算机等；2. 实验材料：DPPH自由基、样品管、搅拌器等。
四、实验步骤1. 准备样品：将DPPH自由基溶解在适当的溶剂中，配制成一定浓度的溶液；2. 将溶液置于样品管中，置于顺磁共振仪的探头中；3. 设置实验参数：选择合适的磁场强度、射频频率和功率；4. 进行EPR信号采集：启动顺磁共振仪，采集DPPH自由基的EPR信号；5. 分析EPR信号：利用计算机软件对EPR信号进行分析，测量DPPH自由基的g因子值。
五、实验结果与分析1. DPPH自由基的EPR信号实验中，我们成功采集到了DPPH自由基的EPR信号。
近代物理实验 顺磁和核磁共振
微波顺磁共振和核磁共振【摘要】：微波顺磁共振实验利用扫场法测量g因子，进一步了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用；核磁共振实验在了解核磁共振原理的基础上，用扫频法观察核磁共振现象，利用核磁共振校准磁场和测量g因子。
【关键词】：扫场法扫频法 g因子【引言】：顺磁共振（EPR）又称为电子自旋共振（ESR），是指处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。
它在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，广泛应用于物理、化学、生物及医学等领域。
核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象，产生的内因是原子具有自旋角动量和磁矩。
泡利在1924年提出核自旋的假设，1930年为埃斯特曼在实验上得到证实，表明原子核具有电荷分布，还有自旋角动量和磁矩。
目前，核磁共振已经广泛地应用到许多学科领域，是物理、化学、生物、临床诊断、计量科学和石油分析与勘探等研究中的一项重要实验技术，是分析测量不可缺少的实验手段。
【实验方案】：一、实验装置●微波顺磁共振实验系统●核磁共振实验系统二、 实验原理磁共振的研究对象是处于磁场中的磁矩，共振指的是外界频率与物体固有频率一致时，振幅增加的现象，即能量间的转移。
磁共振的的条件为h N v B g μ••=；其中，h = 6.627⨯-3410J S •为普朗克常量，v 为共振频率， B 为外加磁场强度， 常数μ为常数， Ng为比例因子（g 因子表征核的本性）。
公式中有两个常数和三个未知数，根据其中任意两个未知数可求出剩余的一个未知数。
●固定B 、N g 可以求v ，且1v T=，可以精确的测量时间，如GPS 系统。
● 固定v 、N g 可以求B ，可以精确的测量磁场强度。
●固定v 、B 可以求N g ，可以测量g 因子，求出对应的不同物质的性质。
三、 实验步骤 ● 微波顺磁共振（固定v =9370MHz ，调节B ）1.将可变衰减器顺时针旋至最大，“磁场”调节旋钮逆时针调到最低，“扫场”调节顺时针调到最大。
顺磁核磁共振
摘要：本文详细介绍了利用微波顺磁共振与核磁共振的实验原理来测量样品的朗德g 因子，分析了实验中出现的各种现象以及发生误差的原因。
在顺磁共振实验中，根据扫场的作用选择共振信号，利用特斯拉计测得磁场强度得到样品的g 因子为2.091517，相对误差为4.45%，实验在可以接受的范围内。
在核磁共振实验中调节频率，找到最佳的信号，分别对纯水和4CuSO 两种样品进行了实验，测得的g 因子都为0.000556。
关键词：微波顺磁共振 核磁共振 g 因子引言泡利(Pauli)在1924年提出电子自旋的概念，可以解释某些光谱的精细结构。
1944年，原苏联学者扎沃依斯基首先观察到电子自旋共振现象。
电子自旋共振(ESR)的研究对象是含有未偶电子(或称未配对电子)的物质。
通过对这些物质ESR 谱的研究，可以了解有关原子、分子及离子中未偶电子的状态及其周围环境的信息，从而获得物质结构方面的知识。
这一方法具有很高的灵敏度和分辨力，而且在测量过程中不破坏样品的物质结构，因此，在物理、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。
此外，ESR 也是精确测量磁场的重要方法之一。
核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。
早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。
核磁共振的物理基础是原子核的自旋。
泡利在1924年提出核自旋的假设，1930年在实验上得到证实。
1932年人们发现中子，从此对原子核自旋有了新的认识：原子核的自旋是质子和中子自旋之和，只有质子数和中子数两者或者其中之一为奇数时，原子核具有自旋角动量和磁矩。
这类原子核称为磁性核，只有磁性核才能产生核磁共振。
磁性核是核磁共振技术的研究对象。
正文一、微波顺磁共振（一）电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩原子中的电子在沿轨道运动的同时具有自旋，其自旋角动量为 () 1+=S S p S （1）其中S 是电子自旋量子数，2/1=S 。
微波顺磁共振思考题答案
微波顺磁共振思考题答案
1．隔离器的特点与作用是什么?
2．阻抗调配器的特点及其在电子自旋共振实验中的作用是什么?
3．晶体检波器的作用及其在本实验中的调节方法是什么?
4．在电子自旋共振实验中，为什么要使共振信号等间距分布?
5．吸收信号与色散信号的波形有哪些特征?
6．简要描述物质中的“轨道角动量淬灭”现象。
答:
1.具有单向传输特性，即在正向时微波功率可以几乎无衰减地通过，而在反向时微波功率会受到很大衰减而难以通过。
作用:消除来自负载的微波反射。
2．阻抗调配器是双轨臂微波元件，主要作用是改变微波系统的负载状态。
3．用于检测微波信号。
使用时要调节波导终端短路活塞的位置，以及输入前端三个螺钉的穿入深度，使检波输出尽可能达到最到，以获得较高的测量灵敏度。
打开电源，将示波器的输入通道打在直流（DC）档，调节检波器中的旋钮，使直流信号输出最大，然后将示波器的输入通道打在交流（AC）档上，这时在示波器上就可以观察到共振信号，但此时的信号不一定最强，可以再小范围内调节短路活塞与检波器，是信号达到一个最佳状态。
4．因为电子各磁能级是等间距的，实验中所用的公式是考虑两相邻磁能级间的能量差，所以要使共振信号等间距分布。
5．吸收信号是左右形状对称的共振峰，色散信号一边正一边负。
6．在分子和固体中，由于受到邻近原子或离子产生的电场的作用，电子轨道运动的角量子数1的平均值为0，即做一级近似时，可认为电子轨道角动量近
似为0，称为轨道角动量淬灭。
具有未成对电子〈如化学上的自由基）的化合物，未成对的电子的自旋磁矩不被抵消，分子呈现顺磁性。
若电子只具有自旋角动量而没有轨道角动量，则说它的轨道角动量完全淬灭。
微波电子顺磁共振
微波电子顺磁共振电子顺磁共振又称电子自旋共振。
因为这种共振跃迁只能产生在原子的固有磁矩不为零的顺磁资估中，是以被称为电子顺磁共振；因为分子和固体中的磁矩主假如自旋磁矩的供献因此又被称为电子自旋共振。
简称“EPR ”或“ESR ”。
因为电子的磁矩比核磁矩大年夜得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。
在微波和射频范畴内都能不雅察到电子顺磁现象，本实验应用微波进行电子顺磁共振实验。
实验目标1．研究微波波段电子顺磁共振现象。
2．测量DPPH 中的g 因子。
3．明白得、操纵微波仪器和器件的应用。
4．进一步明白得谐振腔中TE 10波形成驻波的情形，确信波导波长。
实验道理本实验有关物理理论方面的道理请参考有关“电子自旋（顺磁）共振”实验“微波参数测量”实验等有关章节。
在外磁场B 0中，电子自旋磁矩与B 0互相感化，产生能级决裂，其能量差为0B g E B μ=∆ （1） 个中g 为自由电子的朗德因子，g=2.0023。
在与B 0垂直的平面内加一频率为f 的微波磁场B 1，当知足hB g h E f B 0μ=∆= （2） 时，处于低能级的电子就要接收微波磁场的能量，在相邻能级间产生共振跃迁，即顺磁共振。
在热均衡时，高低能级的粒子数服从玻尔兹曼分布KT E e N N∆-=12 （3）因为磁能级间距专门小，KT E <<∆，上式能够写成KTEN N ∆-=112 （4）因为0>∆KT E ，是以N 2<N 1，即上能级上的粒子数应稍低于下能级的粒子数。
由此可知，外磁场越强，射频或微波场频率f 越高，温度越低，则粒子差数越大年夜。
因为微波波段的频率比射频波波段高得多，因此微波顺磁共振的旌旗灯号强度比较高。
此外，微波谐振腔具有较高的Q 值，是以微波顺磁共振有较高的辨论率。
微波顺磁共振有经由过程法和反射法。
反射法是应用样品地点谐振腔关于入射波的反射状况跟着共振的产生而变更，是以，不雅察反射波的强度变更就能够获得共振旌旗灯号。
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微波顺磁共振实验(微波段电子自旋共振) 1. 一定要认真阅读微波顺磁共振实验系统中各种仪器设备的说明书,要做到正确
使用,熟练操作。
按说明书图四连接系统，将可变衰减器顺时针旋至最大，开启系统中各仪器的电源预热20分钟。
2. 描绘输出电流与磁场强度的曲线。
“磁场”调节到最低，“扫场”调节到最大，按下“检波”按钮，此时磁共振仪处于检波状态。
先确定磁共振实验仪输出电流与磁场强度H的数值关系曲线：把特斯拉计的探头固定于磁铁中央，从小到大调节“磁场”旋钮，记录一组电流与斯特拉计对应数值，注意读数的单位是T，1T=104高斯，将该数值描绘成曲线，在进行微波顺磁共振实验时，根据电流可得到磁场强度H的数值。
3. 信号源工作于“等幅”工作状态，调节可变衰减器和检波灵敏度旋钮使菜振实验仪的调谐电表批示占满度的2/3。
4. 用波长表测微波信号的频率，要按下“扫场”，本实验系统的工作频率应是9370MHZ，先旋转波长表的测微头，找到电表的跌落点，根据“波长频率刻度对照表”找出9370MHZ对应的波长表读数，然后慢慢耐心调节信号源的振荡频率调节秆，使其工作频率为9370MHZ。
这一步一定要认真做好！为了避免波长表的吸收对实验的影响，在测完频率后要将波长表刻度旋开谐振点。
5.按下“检波”，一定要调节磁场为零。
为使样品谐振腔对微波信号谐振，一定要细心调节样品谐振腔的可调终端的活塞，使调谐电表的指示为最小。
为了提高系统的灵敏度，可减小可变衰减器的衰减量，使调节电表显示尽可能提高。
然后调节魔T两支臂中所接样品谐腔上的活塞和单螺匹配器，使调揩电表尽可能向小的方向变化。
以上几步一定要细心耐心调节，它是实验是否成功的关键！（这几步教师差不多调好，学生只需在附近细调就行了！不要大调！）
6.按下“扫场”，顺时针调节磁场电流，当电流达到1.7—1.9A之间时，示波器上出现电子共振信号。
示波器调到x---y档，X轴的灵敏度为2—5V/DIV，Y轴的灵敏度为1—2V/DIV之间。
如果共振波形峰值较小或示波器图形欠佳，可采用说明书是第9、10页的几种方法调整。
在调节过程中一定要很认真细心耐心，多次反复，才能调整出稳定清晰的波形！
7.读出共振仪的电流值，根据磁共振实验仪输出电流与磁场强度H的数值的关系的曲线，确定共振时的磁场强度，根据实验时测定的频率，代入电子自旋共振条件的公式，计算出电子g因子。
8.实验完毕，要将“磁场”和“扫场”调到最小。
关所有电源。