Was ist eine Elektronenspin -Resonanz?

Electron Spin Resonance (ESR) ist eine Form der Spektroskopie, die für paramagnetische Materialien Mdash verwendet wird.Materialien, die magnetisch werden, wenn sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt werden.ESR wird auch als elektronenparamagnetische Resonanz oder EPR bezeichnet.Electron Spin Resonance hat eine Vielzahl von Anwendungen in Chemie und Biologie und verwendete sogar in Feldern wie Quantencomputer.

Ein Elektron enthält eine Ladung und Spins.Es führt daher zu einem magnetischen Moment.Wenn sich das Magnetmoment des Elektronens in ein externes Magnetfeld platziert, richtet sich das Magnetmoment des Elektrons mit der Richtung des Magnetfeldes aus.Es ist auch möglich, dass das Elektron in die entgegengesetzte Richtung des Magnetfelds ausgerichtet ist, dies erfordert jedoch mehr Energie und ist nicht der natürliche Zustand des Elektrons.Dies ist die wissenschaftliche Grundlage für die Elektronenspin -Resonanz.

Mit ESR wird eine Substanz mit Molekülen, die zusätzliche oder ungepaarte Elektronen aufweisen, in ein Magnetfeld und Energie in Form von Mikrowellen aufgebracht.Die ungepaarten Elektronen absorbieren die elektromagnetische Energie und bewegen sich in einen höheren Energiezustand, indem sie ihre magnetischen Momente neu ausrichten, um dem äußeren angelegten Magnetfeld entgegengesetzt zu sein.Die von den Elektronen absorbierte Energiefrequenz zeigt die chemische Struktur des Moleküls an, an das sie gebunden sind.Auf diese Weise kann die Elektronenspin -Resonanz verwendet werden, um die chemische Zusammensetzung verschiedener Materialien zu bestimmen.

Es ist wichtig, dass die Substanz ungepaarte Elektronen hat.Dies liegt daran, dass gepaarte Elektronen gemäß dem Pauli -Ausschlussprinzip in entgegengesetzte Richtungen und damit keinem netzmagnetischen Moment gedreht werden.Diese Materialien sind als diamagnetisch bezeichnet und sind für ESR nicht geeignet.

Wie bei anderen Resonanzspektroskopie -Techniken müssen die in der Elektronenspin -Resonanz verwendeten Elektronen sich entspannen und in ihre niedrigeren Energiezustände zurückkehren.Wenn nicht, werden alle Elektronen angeregt und keine weitere Absorption möglich sein.In diesem Fall wird es nichts zu messen geben und folglich wird kein Signal erzeugt.Spin-Lattice-Relaxation, bei der ein Elektron Energie für seine Umgebung verleiht, und Spin-Spin-Relaxation, wo ein Elektron einem anderen Elektron Energie verleiht, sind die beiden Methoden, bei denen Entspannung auftreten kann.Radikale, die eine Reihe hochreaktiver Moleküle mit ungepaarten Elektronen sind.Freie Radikale sind bekannt als Ursache für mehrere Krankheiten, Vergiftungen und sogar Krebsarten.Sie verursachen auch den Zerfall des Zahnschmelzes in einer bekannten Geschwindigkeit, was bedeutet, dass die Elektronenspin -Resonanz bisher Zähne und damit auch Menschen verwendet werden kann.Überschüssige freie Radikale sind auch in Bier und Wein vorhanden, die über ihre Haltbarkeit hinausgehen.

ESR ist auch ein führender Kandidat für mehrere hochmoderne Technologien.Dazu gehören künstliche Photosynthese und Quantencomputer.In letzterem kann durch Feinabstimmung ESR an einem einzigen Elektron anstelle einer Gruppe von Elektronen ein Logik-Tor erzeugt werden, das den Energiezuständen des magnetischen Moments des Elektrons entspricht.