電子順磁共振譜學(xué)技術(shù)是當(dāng)代重要的物質(zhì)科學(xué)研究手段

　　電子順磁共振譜學(xué)技術(shù)是當(dāng)代重要的物質(zhì)科學(xué)研究手段，常用來(lái)獲取分子的動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)等信息。該技術(shù)一個(gè)主要的發(fā)展方向是從盡可能少的樣品中獲取盡可能精確的信息，這需要同時(shí)提升空間分辨率和譜線分辨率。近幾十年來(lái)，得益于新的探測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，空間分辨率不斷提升，甚至實(shí)現(xiàn)了納米尺度下單個(gè)自旋的順磁共振檢測(cè)。然而受制于不可控的外界噪聲的干擾，其譜線分辨率卻停留在兆赫茲（MHz）量級(jí)，這阻礙了進(jìn)一步在單分子層面解析結(jié)構(gòu)、局域環(huán)境等信息。要想突破當(dāng)前的譜線分辨率限制，需尋求克服環(huán)境噪聲的新方法。

　　電子順磁共振波譜儀EPR的基本概念是物質(zhì)的順磁性是由分子的永久磁矩產(chǎn)生的。根據(jù)保里原理：每個(gè)分子軌道上不能存在2個(gè)自旋態(tài)相同的電子，因而各個(gè)軌道上已成對(duì)的電子自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成對(duì)電子的物質(zhì)才具有永久磁矩，它在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)順磁性。

　　電子自旋產(chǎn)生自旋磁矩：μ=geβ，其中β是玻爾磁子；g是無(wú)量綱因子，稱(chēng)為g因子；自由電子的g因子為g=2.0023，單個(gè)電子磁矩在磁場(chǎng)方向分量μ=(1/2)gβ。當(dāng)電子自旋處于外磁場(chǎng)H的作用下時(shí)，有2個(gè)可能的能量狀態(tài)：即E=±1/2(gβH)，如圖1所示，能量差ΔE=gβH。這種現(xiàn)象稱(chēng)為塞曼分裂(Zeemansplitting)。

　　如果在垂直于H的方向上施加頻率為hυ的電磁波，當(dāng)滿足下面條件：hυ=gβH，處于兩能級(jí)間的電子發(fā)生受激躍遷，導(dǎo)致部分處于低能級(jí)中的電子吸收電磁波的能量躍遷到高能級(jí)中，于是就產(chǎn)生了順磁共振現(xiàn)象。

　　受激躍遷產(chǎn)生的吸收信號(hào)經(jīng)電子順磁共振波譜儀處理可得到EPR吸收譜線，電子順磁共振波譜儀EPR記錄的吸收信號(hào)一般是一次微分線型，或稱(chēng)一次微分譜線(即電子順磁共振波譜儀測(cè)試后得到數(shù)據(jù)曲線。