Wyznaczanie czynnika Landego metodą elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR)
Zagadnienia do opracowania.
- Energia stanów stacjonarnych elektronów w atomach.
- Liczby kwantowe stanów stacjonarnych orbit elektronowych.
- Moment magnetyczny chmury elektronowej atomu.
- Spinowy moment magnetyczny elektronu.
- Magneton Bohra.
- Atomy para– i diamagnetyczne.
- Całkowity moment magnetyczny atomu.
- Związek magnetonu jądrowego z magnetonem Bohra.
- Atom w stałym polu magnetycznym:
- precesja Larmora;
- częstość precesji Larmora;
- czynnik Landego.
- Oddziaływanie rezonansowe momentu magnetycznego atomu w stałym i zmiennym polu magnetycznym ( w ujęciu klasycznym).
- Namagnesowanie paramagnetyka w stałym i zmiennym polu magnetycznym.
- Pochłanianie energii zmiennego pola magnetycznego przez namagnesowaną substancję paramagnetyczną:
- relaksacja spinowa i jej wpływ naszerokość linii absorpcyjnej;
- relaksacja spin– siatka i i jej wpływ na pochłanianie energii zmiennego pola magnetycznego.
- Zjawisko elektronowego rezonansu paramagnetycznego w ujęciu kwantowym:
- rozszczepienie poziomów energetycznych atomu paramagnetycznego w zewnętrznym polu magnetycznym;
- obsadzenia podpoziomów magnetycznych;
- częstości rezonansowe przejść w zjawisku elektronowego rezonansu paramagnetycznego.
- Widmo elektronowego rezonansu paramagnetycznego:
- profil liniiabsorpcyjnej EPR;
- szerokość połówkowalinii EPR;
- subtelna struktura widma EPR.
- Budowa i zasada działania spektrometru mikrofalowego ( z rezonansową i odbiciowąwnęką rezonansową):
- klistron jakoźródło mikrofal;
- wnęka rezonansowa;
- detektor mikrofal.
- Optymalne warunki pracy detektora mikrofal przy pomiarach sygnałów EPR w spektrometrach mikrofalowych.
- Zastosowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego.
- Efekt Zeemana w słabych i silnych polach magnetycznych.
Zestaw przyrządów.
- Wnęka rezonansowa EPR z cewkami Helmholtza.
- Zasilacz EPR.
- Zasilacz uniwersalny.
- Dwa multimetry cyfrowe.
- Oscyloskop DSO 1002 A.
- Teslomierz.
- Próbka DPPH (Diphenylpicrylhydrazyl).
- Przełącznik.
Literatura.
- F. Kohlrausch – „Fizyka laboratoryjna”, Tom II, PWN, Warszawa 1961.
- R.I. Sołouchin – „Optyka i fizyka atomowa”, PWN, Warszawa 1982.
- H. Haken, H. Chr. Wolf – “Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej”, PWN, Warszawa 1998.
- Z. Kęcki – „Podstawy spektroskopii molekularnej”, PWN, Warszawa 1992.
- Materiały firmy Phywe – “Electron Spin Resonance”, TEP 5.1.12-00.
- F. Kaczmarek – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych”, PWN, 1982.
- S.A. Altszuler, B.M. Kozyriew – „Elektronowy rezonans paramagnetyczny”, PWN,Warszawa 1965.
- M. Subotowicz – „Metody doświadczalne w fizyce ciała stałego”, Lublin 1976.
- L.A. Blumenfeld, W.W. Wojewódzki, A.G. Siemonow – „Zastosowanie EPR w chemii”, PWN, Warszawa 1967.
- I. Bójko –„Wstęp do elektronowego rezonansu paramagnetycznego”, PWN, Warszawa 1982.
- Sz. Szczeniowski – „Fizyka doświadczalna”, Tom IV, PWN, Warszawa 1983.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M.Sands – „ Feynmana wykłady z fizyki”, T.II., cz. 2., PWN, 2004.
- L. Tykarski – „Rezonans magnetyczny w fizyce ciała stałego”, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1990.
- J. Stankowski – „Wstęp do spektroskopii rezonansów magnetycznych”, PWN, Warszawa 2005.
- R.G. Marcley – “Apparatus Drawings Project. Report Number 19. Apparatus for Electron Paramagnetic Resonance at Low Fields”, Am. J. Phys. 29, 492 (1961).
- R.S. Alger – “Electron Paramagnetic Resonance: techniques and applications”, N.Y. 1968.
- V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – „Essentials of Modern Physics’, Harper & Row, Publishers, New York 1973.
- A. Reimann – “Physics”, Vol.III. “Modern Physics”, Harper & Row, Publishers Inc., 1973.
- J.A. Weil, J.R. Bolton – “Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and PracticalApplications”, Wiley, New York 2001.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II. Part 2., Addison – Wesley, 2005.
Determination of the Landé factor using electron paramagnetic resonance (EPR)
Background theory
- Electron energy levels in atoms.
- Quantum numbers of electron energy levels.
- Magnetic moment of the electron shell of an atom.
- Electron spin magnetic moment.
- Bohr magneton.
- Para and diamagnetic atoms.
- The total magnetic moment of an atom.
- Relationship between the nuclear magneton and Bohr magneton.
- Atoms in a constant magnetic field:
- Larmor precession;
- Larmor precession frequency;
- Landé factor.
- Resonance interactions of atomic magnetic moments in a fixed and a variable magnetic field (in classical terms).
- Paramagnetic magnetisation in fixed and variable magnetic fields.
- Energy absorption from a varying magnetic field by magnetised paramagnetic substances:
- spin relaxation and its effect on absorption line widths;
- spin – grid relaxation and its impact on energy absorption from a varying magnetic field.
- Quantum description of electron paramagnetic resonance:
- energy level splitting of paramagnetic atoms in an external magnetic field;
- filling of the magnetic sublevels;
- resonance transition frequency in electron paramagnetic resonance.
- Electron paramagnetic resonance spectrum:
- EPR absorption line profiles;
- half-width of EPR lines;
- fine structure of EPR spectra.
- Construction and operation of microwave spectrometers (with resonance and reflective cavity resonance):
- klystron as a source of microwaves;
- resonance cavity;
- microwave detector.
- Optimal microwave detector operating conditions for measuring EPR signals with microwave spectrometers.
- Applications of electron paramagnetic resonance.
- Zeeman effect in weak and strong magnetic fields.
Apparatus
- EPR resonance chamber with Helmholtz coils.
- EPR power supply.
- Universal power supply.
- Two digital multimeters.
- DSO 1002 A oscilloscope.
- Teslameter.
- DPPH (Diphenylpicrylhydrazyl) sample.
- Switch.
Literature
- R.G. Marcley – “Apparatus Drawings Project. Report Number 19. Apparatus for Electron Paramagnetic Resonance at Low Fields”, Am. J. Phys. 29, 492 (1961).
- R.S. Alger – “Electron Paramagnetic Resonance: techniques and applications”, N.Y. 1968.
- V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – “Essentials of Modern Physics”, Harper & Row, Publishers, New York 1973.
- A. Reimann – “Physics”, Vol. III. “Modern Physics”, Harper & Row, Publishers Inc., 1973.
- J.A. Weil, J.R. Bolton – “Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications”, Wiley, New York 2001.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II. Part 2., Addison – Wesley, 2005.
Dodaj komentarz
Chcesz się przyłączyć do dyskusji?Feel free to contribute!