近代物理实验
实验名称：电子顺磁共振姓名：张超
学号： 3110831032 指导老师：解光勇
【实验目的】
1、在了解电子自旋共振原理的基础上，学习用微波频段检查电子自旋共振信号的方法。
2、观察共振信号波形，李萨如图形和色散图形。
3、测定DPPH 中电子的g 因子。
【实验内容】
1、将DPPH 样品插在示波器的小孔中；
2、打开电源，将示波器的输入通道打在直流（DC ）档上；
3、调节检波器中的旋钮，使直流（DC ）信号输出最大；
4、调节端路活塞，再使直流（DC ）信号输出最小；
5、将示波器的输入通道打在交流（AC ）档上，幅度为5mV 档；
6、这是在示波器就可以观察到共振信号，但此时的信号不一定为最强，可以在小范围内调节端路活塞与检波器，也可以调节样品在磁场中的位置（样品在磁场中心处为最佳状态），使信号达到一个最佳的状态；
7、信号调出以后，关机，将阻抗匹配器接在环型器中的（II ）端与钮波导中间，开机，通过调节阻抗匹配器上的旋钮，就可以观察到吸收或色散波形；
8、由磁铁感应强度B ，微波频率f ，根据B γω=，计算出旋磁比γ，又因为e
m e g 2∙-=γ，所以有：B e f m g ∙∙-=π4，计算出朗德g 因子值。
【实验仪器】
电子顺磁共振谱仪、示波器等。
实际实验时的实际仪器图如下图所示
电子顺磁共振谱仪有谐振腔、微波源、隔离器、环形器、晶体检波器、扭波导、短路活塞和阻抗调配器八部分组成。
【实验原理】
电子自旋共振(ESR)或电子顺磁共振(EPR)，是指在稳恒磁场作用下，具有未成对电子的物质置于静磁场z B 中，由于电子自旋磁矩与外
部磁场相互作用导致电子的基态发生塞曼能级分裂：Z
B B g E μ=∆（B μ为波尔磁矩，g 为无量纲参数）；当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量ωn 等于E ∆时，满足共振条件，此时未成对电子由下能级跃迁上能级。
1944年，苏联物理学家扎沃伊斯基首次从2CuCl 、2MnCl 等顺磁性盐类发现。
电子自旋共振（顺磁共振）研究主要对象
是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等，通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测（测量因子、
线宽、弛豫时间、超精细结构参数等），可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息，因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。
既然总磁矩j μ的空间取向是量子化的，磁矩与外磁场B 的相互作用能也是不连续的。
其相应的能量为
B mg mhB B E B j μγμ-=-=∙-= （1）
不同磁量子数m 所对应的状态上的电子具有不同的能量。
各磁能级是等距分裂的，两相邻磁能级之间的能量差为
hB E γ=∆ （2）
当垂直于恒定磁场B 的平面上同时存在一个交变的电磁场1B ，且其角频率ω满足条件：hB E h γω=∆=，即
B γω= （3）
时，电子在相邻的磁能级之间将发生磁偶极共振跃迁。
从上述分析可知，这种共振跃迁现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，称为电子顺磁共振。
【实验步骤】
1、按要求连接好实验仪器；
2、接通电源，打开仪器开关；
3、信号调出以后，关机，将阻抗匹配器接在环型器中的（II ）端与钮波导中间，开机，通过调节阻抗匹配器上的旋钮，就可以观察到吸收或色散波形；
4、拍下示波器上的吸收波形；
5、拍完吸收波形后，调节示波器，再观察李萨如图形；
6、拍下观察到的李萨如图形。
【注意事项】
1、注意保护好电磁铁磁极表面；
2、实验中对实验仪器不要生拉硬拽避免损坏接线；
3、注意保持微波系统水平，样品腔应调至磁场中心位置；
4、调节微波信号时，注意要缓慢调节各部分旋钮，并要时刻注意波形变化。
【实验结果】
1、观察到的吸收波形如下图所示，图中纵坐标表示边限振荡器检波输出信号。
2、观察到的李萨如图形如下图所示
实验中所得到的共振吸收波形和李萨如图形和讲义上所给的图形在误差允许的范围内是基本吻合的。
【实验分析】
电子顺磁共振（EPR）是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术，可用于从定性和定量方面检测物质原子或分子中所含的不配对电子，并探索其周围环境的结构特性。
核磁共振（NMR）是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
电子顺磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）的区别：
1、EPR和NMR是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重新取向所需的能量；
2、EPR的共振频率在微波波段，NMR共振频率在射频波段；
3、EPR的灵敏度比NMR的灵敏度高，EPR检出所需自由基的绝对
浓度约在10-8M的数量级；
4、EPR和NMR仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取扫场法，后者还可以恒定磁场，采取扫频法。