Hva er en elektronspinnresonans?

Electron Spin Resonance (ESR) er en form for spektroskopi brukt på paramagnetiske materialer og mdash;Materialer som blir magnetiske når de blir utsatt for et eksternt magnetfelt.ESR blir også referert til som elektronparamagnetisk resonans, eller EPR.Elektron spinnresonans har en rekke bruksområder innen kjemi og biologi, og har til og med bruksområder i felt som kvantedatamaskin.

Et elektron har en ladning og spinn.Det induserer derfor et magnetisk øyeblikk.Hvis det er plassert i et eksternt magnetfelt, vil elektronens magnetiske øyeblikk samsvare med magnetfeltets retning.Det er også mulig for elektronet å samkjøre i motsatt retning av magnetfeltet, men dette krever mer energi og er ikke den naturlige tilstanden til elektronet.Dette er det vitenskapelige grunnlaget for elektronspinnresonans.

Med ESR, et stoff med molekyler som har ekstra, eller uparede, blir elektroner plassert i et magnetfelt og energi, vanligvis i form av mikrobølger, blir brukt på det.De uparrede elektronene vil absorbere den elektromagnetiske energien og bevege seg til en høyere energitilstand ved å justere deres magnetiske øyeblikk for å være motsatt av det eksternt påførte magnetfeltet.Hyppigheten av energi absorbert av elektronene indikerer den kjemiske strukturen til molekylet de er festet til.På denne måten kan elektronspinnresonans brukes til å bestemme den kjemiske sammensetningen av forskjellige materialer.

Det er viktig at stoffet har uparede elektroner.Dette er fordi sammenkoblede elektroner, i henhold til Pauli -eksklusjonsprinsippet, vil ha spinn i motsatte retninger og derfor ikke noe nettet magnetisk øyeblikk.Disse materialene er kjent som diamagnetiske og er ikke egnet for esr.

Som med andre resonansspektroskopiteknikker, må elektronene som brukes i elektronspinnresonans få lov til å slappe av og gå tilbake til sine lavere energiliser.Hvis ikke, vil alle elektronene være begeistret og ingen ytterligere absorpsjon vil være mulig.I dette tilfellet vil det ikke være noe å måle, og følgelig vil det ikke bli produsert noe signal.Spin-gitteravslapping, der et elektron gir energi til omgivelsene, og spin-spin-avslapning, der et elektron gir energi til et annet elektron, er de to metodene der avslapning kan oppstå.

ESR er spesielt godt egnet til å oppdage gratisRadikaler, som er et sett med svært reaktive molekyler med uparede elektroner.Frie radikaler er kjent for å være årsaken til flere sykdommer, forgiftninger og til og med kreftformer.De forårsaker også forfall av tannemalje med en kjent hastighet, noe som betyr at elektronspinnresonans kan brukes til å date tenner og i forlengelse av mennesker.Overskytende frie radikaler er også til stede i øl og vin som er forbi holdbarheten.

ESR er også en ledende kandidat i flere nyskapende teknologier.Disse inkluderer kunstig fotosyntese og kvanteberegning.I sistnevnte, ved å finjustere ESR for å jobbe med et enkelt elektron i stedet for en gruppe elektroner, kan det opprettes en logikkport som tilsvarer energitilstandene i elektronens magnetiske øyeblikk.