Vad är en elektronspinnresonans?

Elektronspinnresonans (ESR) är en form av spektroskopi som används på paramagnetiska material och mdash;Material som blir magnetiska när de utsätts för ett yttre magnetfält.ESR kallas också elektronparamagnetisk resonans, eller EPR.Elektronspinnresonans har en mängd tillämpningar inom kemi och biologi och har till och med användningar i fält som kvantberäkning.

En elektron bär en laddning och snurr.Det inducerar därför ett magnetiskt ögonblick.Om det placeras i ett yttre magnetfält kommer elektronens magnetiska ögonblick att anpassa sig till magnetfältets riktning.Det är också möjligt för elektronen att anpassa sig i motsatt riktning av magnetfältet, men detta kräver mer energi och är inte elektronens naturliga tillstånd.Detta är den vetenskapliga grunden för elektronspinnresonans.

Med ESR, ett ämne med molekyler som har extra, eller oparade, placeras elektroner i ett magnetfält och energi, vanligtvis i form av mikrovågor, appliceras på det.De oparade elektronerna kommer att absorbera den elektromagnetiska energin och flytta till ett högre energitillstånd genom att justera sina magnetiska ögonblick för att vara motsatta av det externt applicerade magnetfältet.Frekvensen av energi som absorberas av elektronerna indikerar den kemiska strukturen för molekylen som de är fästa.På detta sätt kan elektronspinnresonans användas för att bestämma den kemiska sammansättningen av olika material.

Det är kritiskt att ämnet har oparade elektroner.Detta beror på att parade elektroner, enligt Pauli -uteslutningsprincipen, kommer att ha snurr i motsatta riktningar och därför inget nettomagnetiskt ögonblick.Dessa material är kända som diamagnetiska och är inte lämpliga för Er.

Som med andra resonansspektroskopitekniker måste elektronerna som används i elektronspinnresonans tillåtas slappna av och återgå till sina lägre energitillstånd.Om inte, kommer alla elektroner att vara upphetsade och ingen ytterligare absorption kommer att vara möjlig.I det här fallet kommer det inte att finnas något att mäta och följaktligen kommer ingen signal att produceras.Spin-gitteravslappning, där en elektron ger energi till sin omgivning och spin-spin-avslappning, där en elektron ger energi till en annan elektron, är de två metoderna där avslappning kan uppstå.

ESR är särskilt väl lämpad för detektering av frittRadikaler, som är en uppsättning mycket reaktiva molekyler med oparade elektroner.Fria radikaler är kända för att vara orsaken till flera sjukdomar, förgiftningar och till och med cancer.De orsakar också förfallet av tandemaljen i en känd hastighet, vilket innebär att elektronspinnresonans kan användas för att datera tänderna och, i förlängningen, människor.Överskott av fria radikaler finns också i öl och vin som är förbi deras hållbarhet.

ESR är också en ledande kandidat i flera banbrytande tekniker.Dessa inkluderar konstgjord fotosyntes och kvantberäkning.I det senare, genom att finjustera ESR för att arbeta på en enda elektron istället för en grupp elektroner, kan en logikgrind skapas som motsvarar energitillstånden i elektronens magnetiska ögonblick.