• Электронный парамагнитный резонанс.

У атома, помещенного в магнитное поле, спонтанные переходы между подуровнями одного и того же уровня маловероятны. Однако такие переходы осуществляются индуцировано под влиянием внешнего электромагнитного поля. Необходимым условием является совпадение частоты электромагнитного поля с частотой фотона, соответствующего разности энергией между расщепленными подуровнями. При этом можно наблюдать поглощение энергии электромагнитного поля, которое называют магнитным резонансом.

В зависимости от типа частиц – носителей магнитного момента – различают электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

ЭПР происходит в веществах, содержащих парамагнитные частицы: молекулы, атомы, ионы, радикалы, обладающие магнитным моментом, обусловленные электронами. Возникающее при этом явление Зеемана объясняют расщеплением электронных уровней (отсюда название резонанса – «электронный»). Наиболее распространен ЭПР на частицы с чисто спиновым магнитным моментом.

Форма и интенсивность спектральных линий наблюдаемых в ЭПР, определяются взаимодействием магнитных моментов электроны, в частности спиновых, друг с другом, с решеткой твердого тела и т.п. Выясним, как факторы влияют на характер спектров.

При электронном парамагнитном резонансе наряду с поглощением энергии и увеличением населенности верхних подуровней происходит и обратный процесс – безызлучательные переходы на нижние подуровни, энергия частицы передается решетке.

Процесс передачи энергии частиц решетке называют спин-решеточной релаксацией, он характеризуется временем ῑ.

Уширение линий ЭПР зависит также от взаимодействия спинов электронов (спин-спиновое взаимодействие) и от других взаимодействий парамагнитных частиц. Разные типы взаимодействия влияют не только на ширину линии поглощения, но и на ее форму.

Если бы при исследовании получались только синглетная линия поглощения, то многие приложения магнитных резонансных методов были бы невозможны. Большинство приложений, в том числе и медико-биологических, базируется на анализе группы линий. Наличие в спектре ЭПР группы близких линий условно называют расщеплением. Имеется два характерных типа расщепления для спектра ЭПР.

Первое – электронное расщепление – возникает в тех случаях, когда молекула или атом обладают не одним, а несколькими электронами, вызывающими ЭПР. Второе – сверхтонкое расщепление – наблюдается при взаимодействии электронов с магнитным моментом ядра.

Современная методика измерений ЭПР основывается на определении изменения какого-либо параметра системы, происходящего при поглощении электромагнитной энергии.

Прибор, используемый для этой цели называют ЭПР – спектромером. Он состоит из следующих основных частей: 1 – электромагнит , создающий сильное однородное магнитное поле, индукция которого может плавно изменяться; 2 – генератор СВЧ – излучения электромагнитного поля; 3 – специальная «поглощающая ячейка», которая концентрирует падающее СВЧ – излучение на образце и позволяет обнаружить поглощение энергии образцом (объемный резонатор); 4 – электронная схема, обеспечивающая наблюдение или запись спектров ЭПР; 5 – образец; 6 – осциллограф.

В современных ЭПР – спектрометрах используют частоту около 10 ГГц (длина волны 0,03 м). Это означает в соответствии с тем, что максимум ЭПР поглощения для g = 2 наблюдается при В = 0,3Тл.