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更新時(shí)間：2020-08-19
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電子自旋共振(Electron Spin Resonance，簡(jiǎn)稱ESR)，或稱電子順磁共振(Electron Paramagnetic Resonance，簡(jiǎn)稱EPR)是磁共振波譜學(xué)的一個(gè)分支。ESR是分析鑒別自由基、過渡金屬離子、稀土離子等順磁性物質(zhì)的有效技術(shù)方法，同時(shí)它又是研究分子結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)和跟蹤各種化學(xué)反應(yīng)，包括生化反應(yīng)過程的有力工具?，F(xiàn)在ESR測(cè)試技術(shù)發(fā)展到很高的水平，在物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、地礦學(xué)等許多領(lǐng)域內(nèi)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。但是在許多領(lǐng)域應(yīng)用中，都會(huì)遇到如何調(diào)試ESR波譜儀來得到滿意的波譜問題。一個(gè)滿意的波譜，能夠很清晰地告訴測(cè)試者被測(cè)物質(zhì)的相關(guān)信息，因此如何選擇ESR波譜儀的參數(shù)非常重要。
微波功率在ESR調(diào)試過程中是一個(gè)很重要的參數(shù)。微波功率過小時(shí)信號(hào)較小，增大后信號(hào)較明顯。如果選更大些時(shí)，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象或使譜線發(fā)生畸變，甚至可能看不到信號(hào)。ESR信號(hào)強(qiáng)度在功率較小時(shí)，隨微波功率成比例增加的;在功率較大時(shí)，隨其增加但不成正比增加;如果微波功率進(jìn)一步增大，其信號(hào)強(qiáng)度將會(huì)出現(xiàn)飽和甚至可能畸變、看不到信號(hào)。這樣一些變化都和樣品的性質(zhì)有關(guān)。一般情況下，不同的自由基和未配對(duì)電子都具有不同的飽和信號(hào)。所謂飽和就是當(dāng)微波功率非常大時(shí)，弛豫過程不能使足夠的自旋回到基態(tài)，以維持平衡集居數(shù)分布的狀態(tài)。出現(xiàn)飽和之后，電子在不同能級(jí)間的分布差減少，其ESR信號(hào)強(qiáng)度隨功率增加而減小。從測(cè)量自由基信號(hào)強(qiáng)度考慮，這是不利的。在某些情況下，可以用飽和信號(hào)來區(qū)別不同的ESR信號(hào)。例如半醌自由基和多芳烴自由基，它們的ESR波譜很相似，g因子也很接近，但是它們的飽和功率有很大的差別。半醌自由基的飽和功率為2mw左右，多環(huán)芳烴自由基的飽和功率在100mW以上。所以的飽和功率調(diào)試是非常重要的，而且能反映樣品的某些性質(zhì)。但是滿意的微波功率選擇是在飽和功率以下，此時(shí)譜線是正常的，也便于研究分析譜線信息。
檢測(cè)未知樣品時(shí)，先要進(jìn)行比較寬的掃場(chǎng)，防止漏掉ESR信號(hào)。發(fā)現(xiàn)ESR信號(hào)后再選取合適的ESR信號(hào)，進(jìn)行小范圍掃場(chǎng)，使得所要研究的ESR信號(hào)處在適當(dāng)?shù)奈恢?。掃?chǎng)寬度縮小后不僅譜線信號(hào)更突出，而且譜線信號(hào)也被拉開了。在譜線a中看不到Mn標(biāo)的6條信號(hào)，在譜線c中就看到了Mn標(biāo)的6條信號(hào)。當(dāng)然掃場(chǎng)寬度不能太小，太小就無法讀取譜線的有效信息。因此調(diào)試適當(dāng)?shù)膾邎?chǎng)寬度，ESR波譜就能被拉開合適的寬度，也就便于減小所測(cè)譜線線寬和g因子的誤差。
不同掃場(chǎng)時(shí)間譜線線型和強(qiáng)度是有差異的。掃場(chǎng)時(shí)間在一定程度上會(huì)影響譜線的分裂，特別是譜線具有超精細(xì)分裂時(shí)，掃場(chǎng)時(shí)間要慢，否則會(huì)得不到滿意的譜線，甚至譜線會(huì)發(fā)生畸變。一般情況，不同樣品有不同掃場(chǎng)時(shí)間設(shè)置，在實(shí)際操作過程中，掃場(chǎng)時(shí)間的設(shè)置要結(jié)合掃場(chǎng)寬度和時(shí)間常數(shù)來恰當(dāng)設(shè)置。
調(diào)制幅度不同，譜線信號(hào)是不同的，而且隨調(diào)制幅度增大，信號(hào)強(qiáng)度也在變大。如果調(diào)制幅度進(jìn)一步增大時(shí)，其譜線可能開始出現(xiàn)強(qiáng)度下降，線寬增大，波形也開始出現(xiàn)畸變;Mn標(biāo)的信號(hào)相對(duì)強(qiáng)度一直隨調(diào)制幅度增大而增大且有一較好的比例關(guān)系。在研究調(diào)制幅度對(duì)譜線影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)合適的調(diào)制頻率對(duì)信噪比SNR和分辨率有一定的優(yōu)化作用。通常情況下調(diào)制頻率是不調(diào)節(jié)的，因而在此不做深入討論。一般情況下為了保證信號(hào)較突出、不畸變，取調(diào)制幅度約為線寬的三分之一為益。
時(shí)間常數(shù)對(duì)平均噪聲和提高SNR(信噪比)有重要作用。時(shí)間常數(shù)越小SNR越差，但是波形比較好;時(shí)間常數(shù)增大到一定值，SNR越好，但是波形就會(huì)失真。通常情況下，如果時(shí)間常數(shù)取的比較大，其掃場(chǎng)速度就要慢些，時(shí)間常數(shù)要設(shè)定成與掃場(chǎng)速度的乘積遠(yuǎn)小于1。
放大倍數(shù)只改變譜線的大小比例，其選取的比例對(duì)ESR信號(hào)沒有影響，它的設(shè)置*取決于測(cè)試者
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