摘 要：研究電子自旋共振實(shí)驗(yàn)儀在不同頻率、樣品位置情況下樣品DPPH的電子自旋共振信號，通過測量電子自旋共振吸收信號強(qiáng)度和半高寬，記錄并分析這些改變帶來的共振吸收信號的變化。

關(guān)鍵詞：電子自旋共振；頻率；樣品位置；半高寬

電子自旋共振技術(shù)是一項(xiàng)檢測具有未成對電子樣品的波譜方法，它能獲得有意義的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息和動態(tài)信息，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電子自旋共振技術(shù)最初是物理學(xué)家用來研究某些復(fù)雜原子的電子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、原子偶極矩及分子結(jié)構(gòu)等問題[1]。通過測量樣品的未成對電子的朗德因子和電子自旋共振波譜可以獲得所測試元素原子所處的環(huán)境及電子狀態(tài)。文章將深入研究電子自旋共振實(shí)驗(yàn)，改變微波源的頻率、樣品的位置，來測量這些改變帶來的影響。

1 實(shí)驗(yàn)原理與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）準(zhǔn)備工作。先開啟測量系統(tǒng)中各儀器的電源，預(yù)熱15分鐘。固體信號源處于等幅工作狀態(tài)，將磁場逆時(shí)針調(diào)到最低，掃場逆時(shí)針調(diào)到最低，處在檢波狀態(tài)，將樣品置于90mm處。將單螺調(diào)配器的探針逆時(shí)針旋至“0”刻度，信號源工作于等幅工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)可變衰減器使調(diào)諧電表有指示，然后將“檢波靈敏度”旋鈕指示最大控制磁共振實(shí)驗(yàn)儀的調(diào)諧指示占滿度的2/3左右。用波長表法[2]測定微波信號的頻率。調(diào)節(jié)樣品諧振腔末端的終端活塞，使檢波電流處于極小值，此時(shí)樣品樣品諧振腔諧振，調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器使魔T的2臂和3臂的負(fù)載接近對稱，檢波電流接近于零，加上掃場并調(diào)節(jié)穩(wěn)恒磁場，觀察示波器上DPPH自由基的電子共振信號[3]。

（2）改變微波源頻率。調(diào)節(jié)微波信號源頻率，將樣品置于90mm處，共用波長表法測量10組不同頻率微波信號，當(dāng)魔T兩端對稱時(shí)，檢波電流接近于零，加上掃場并調(diào)節(jié)穩(wěn)恒磁場觀察電子共振信號，分別用數(shù)字示波器光標(biāo)法測量信號強(qiáng)度和半高寬[4]。

（3）改變樣品位置。調(diào)節(jié)微波頻率為9370MHZ，改變樣品位置，分別從76mm-98mm每間隔2mm移動樣品，相應(yīng)地調(diào)節(jié)魔T兩端對稱后，檢波電流接近于零，加上掃場并調(diào)節(jié)穩(wěn)恒磁場觀察電子共振信號，用數(shù)字示波器測量信號強(qiáng)度和半高寬。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 改變微波源頻率

微波信號源的頻率通過調(diào)節(jié)螺旋測微器深度進(jìn)行控制，改變微波信號源的頻率，記錄電子自旋共振信號的幅度、半高寬，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1。外磁場的作用和弛豫過程是相互獨(dú)立，發(fā)生自旋共振時(shí)，可用著名的布洛赫方程[5]描述：

為了更準(zhǔn)確地看出電子自旋共振信號強(qiáng)度度與微波頻率的關(guān)系，origin8.0將表1中的測量數(shù)據(jù)作出共振吸收信號強(qiáng)度I與微波頻率的變化關(guān)系圖，如圖1所示。

根據(jù)測不準(zhǔn)關(guān)系，由于測量的時(shí)間是有限的，導(dǎo)致測得的能量存在能級寬度，由表1可知，能級寬度變化幅度不大，基本穩(wěn)定在左右；由圖1可知，電子自旋共振吸收信號幅度隨著微波源的頻率增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這里我們只做定性的分析，由式（4）可知諧振腔內(nèi)磁場的幅度B1隨著吸收共振信號I變化而變化，理論上，微波在諧振腔內(nèi)傳播時(shí)是一種正弦波，改變改變微波的頻率后，樣品處于90mm的微波磁場幅度是頻率改變的，這樣當(dāng)改變微波頻率時(shí)，電子自旋共振吸收信號幅度也就會改變。

2.2 改變樣品位置

采用控制變量法，改變DPPH樣品的位置，并始終保持微波的頻率為9370MHZ，從而探究共振吸收信號與樣品位置的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表2。

為了更準(zhǔn)確地看出電子自旋共振吸收信號幅度與微波頻率的關(guān)系，用origin8.0將表2中的測量數(shù)據(jù)作出共振吸收信號幅度I與微波頻率的變化關(guān)系擬合圖，如圖2所示。

γ2B1T1T2稱為飽和因子，一般選取γ2B1T1T2<<1，由（4）式可得共振吸收信號的強(qiáng)度即對應(yīng)著磁場的強(qiáng)度，由圖2可知，我們改變樣品的位置，共振吸收信號的強(qiáng)度擬合成一條正弦曲線，由此我們可以得出微波磁場在諧振腔內(nèi)是正弦波，改變樣品位置即改變樣品所處的磁場幅度，從而改變樣品的吸收信號強(qiáng)度。

3 結(jié)束語

文章利用微波電子自旋共振研究了自旋共振吸收信號與微波頻率、樣品位置的關(guān)系，根據(jù)定性分析可得通過改變微波的頻率，改變樣品處于90mm位置處的微波磁場幅度，因此共振信號吸收強(qiáng)度隨微波頻率而發(fā)生改變；并由共振吸收信號強(qiáng)度與樣品位置的關(guān)系圖可以看出微波在諧振腔內(nèi)是以正弦波的形式進(jìn)行傳播。

參考文獻(xiàn)

[1]王殿生，周麗霞，亓鵬，等.物理實(shí)驗(yàn)教程[M].中國石油大學(xué)出版社，2006.

[2]何光龍.在體電子自旋共振（EPR）波譜和成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（英文）[J].波譜學(xué)雜志，2010，01：1-21.

[3]蒲天舒.微波電子自旋共振譜儀的調(diào)試[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2002，15（4）：4-5.

[4]孫桂芳，趙曉林，牟娟，等.微波電子自旋共振實(shí)驗(yàn)波形分析[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011，24（6）：21-23.

[5]張仲禮，周輝.近代物理實(shí)驗(yàn)[M].吉林東北師范大學(xué)出版社，1992.

作者簡介：王杰（1994-），男，安徽六安人，本科生，主要研究液體表面張力的電法測量。