Hvad er en elektronspin -resonans?

Electron Spin Resonance (ESR) er en form for spektroskopi, der anvendes på paramagnetiske materialer mdash;Materialer, der bliver magnetiske, når de udsættes for et eksternt magnetfelt.ESR kaldes også elektronparamagnetisk resonans eller EPR.Electron Spin Resonance har en række anvendelser inden for kemi og biologi og har endda anvendelser inden for felter som kvanteberegning.

En elektron har en ladning og spins.Det inducerer derfor et magnetisk øjeblik.Hvis det placeres i et eksternt magnetfelt, vil elektronets magnetiske øjeblik justeres med magnetfeltets retning.Det er også muligt for elektronet at justere i den modsatte retning af magnetfeltet, men dette kræver mere energi og er ikke elektronets naturlige tilstand.Dette er det videnskabelige fundament for elektronspin -resonans.

Med ESR er et stof med molekyler, der har ekstra eller uparret, elektroner placeret i et magnetisk felt og energi, normalt i form af mikrobølger, påføres det.De uparrede elektroner vil absorbere den elektromagnetiske energi og flytte til en højere energistilstand ved at justere deres magnetiske øjeblikke til at være modsat det eksternt påførte magnetfelt.Hyppigheden af energi, der absorberes af elektronerne, indikerer den kemiske struktur af det molekyle, som de er fastgjort til.På denne måde kan elektronspin -resonans bruges til at bestemme den kemiske sammensætning af forskellige materialer.

Det er kritisk, at stoffet har uparret elektroner.Dette skyldes, at parrede elektroner pr. Pauli -ekskluderingsprincip vil have spins i modsatte retninger og derfor intet netmagnetisk øjeblik.Disse materialer er kendt som diamagnetisk og er ikke egnede til ESR.

Som med andre resonansspektroskopiteknikker skal de elektroner, der bruges i elektronspin -resonans, få lov til at slappe af og vende tilbage til deres lavere energitilstande.Hvis ikke, vil alle elektroner være begejstrede, og ingen yderligere absorption vil være mulig.I dette tilfælde vil der ikke være noget at måle, og følgelig vil der ikke blive produceret noget signal.Spin-gitterafslapning, hvor en elektron giver energi til omgivelserne, og spin-spin-afslapning, hvor en elektron giver energi til en anden elektron, er de to metoder, hvorved afslapning kan forekomme.

ESR er især velegnet til påvisning af gratisRadikaler, som er et sæt stærkt reaktive molekyler med uparrede elektroner.Frie radikaler er kendt for at være årsagen til flere sygdomme, forgiftninger og endda kræftformer.De forårsager også forfaldet af tandemalje i en kendt hastighed, hvilket betyder, at elektronspin -resonans kan bruges til at datere tænder og i forlængelse heraf mennesker.Overskydende frie radikaler er også til stede i øl og vin, der er forbi deres holdbarhed.

ESR er også en førende kandidat i flere avancerede teknologier.Disse inkluderer kunstig fotosyntese og kvanteberegning.I sidstnævnte, ved at finjustere ESR for at arbejde på en enkelt elektron i stedet for en gruppe elektroner, kan der oprettes en logisk port, der svarer til energiletilstandene i elektronens magnetiske øjeblik.