Elektronspinrezonancia (ESR) - spektroszkópia

Hasonló dokumentumok
Elektronspinrezonancia (ESR) - spektroszkópia

Átmenetifém-komplexek ESR-spektrumának jellemzıi

Fizikai kémia Részecskék mágneses térben, ESR spektroszkópia. Részecskék mágneses térben. Részecskék mágneses térben

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Mágneses módszerek a műszeres analitikában

Emlékeztető Paramágneses anyagok

Modern Fizika Labor Fizika BSC

A különböző anyagok mágneses térrel is kölcsönhatásba lépnek, ugyanúgy, ahogy az elektromos térrel. Ez a kölcsönhatás szintén kétféle lehet.

Elektronspin rezonancia

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Mágneses módszerek a mőszeres analitikában

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Fizikai kémia 2. ZH V. kérdések I. félévtől

ESR színképek értékelése és molekulaszerkezeti értelmezése

Elektronszínképek Ultraibolya- és látható spektroszkópia

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

Mi mindenről tanúskodik a Me-OH néhány NMR spektruma

m ág n e ses momentum É T ö ltés elektro n vagy atommag

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Magmágneses rezonancia (NMR) és elektronspinrezonancia (ESR) alapjai


A Mössbauer-effektus vizsgálata

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Átmenetifém-komplexek mágneses momentuma

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Dóczy-Bodnár Andrea október 3. Magmágneses rezonancia (NMR) és elektronspinrezonancia (ESR) alapjai

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Rádióspektroszkópiai módszerek

Stern Gerlach kísérlet. Készítette: Kiss Éva

Fizikai kémia Mágneses magrezonancia spektroszkópia alapjai. Mágneses magrezonancia - NMR. Mágneses magrezonancia - NMR

Az elektromágneses hullámok

Fizika 2 - Gyakorló feladatok

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

A fény és az anyag kölcsönhatása

Spektroszkópiai módszerek 2.

Készítette: NÁDOR JUDIT. Témavezető: Dr. HOMONNAY ZOLTÁN. ELTE TTK, Analitikai Kémia Tanszék 2010

2, = 5221 K (7.2)

A nehézfémek növényi vízháztartásra gyakorolt hatásának vizsgálata Mágneses Rezonancia készülékkel. Készítette: Jakusch Pál Környezettudós

Elektronegativitás. Elektronegativitás

Magmágneses rezonancia. alapjai. Magmágneses rezonanciához kapcsolódó Nobel-díjak. γ N = = giromágneses hányados. v v

Szinkrotronspektroszkópiák május 14.

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Modern fizika vegyes tesztek

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Szilárdtestek mágnessége. Mágnesesen rendezett szilárdtestek

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

24/04/ Röntgenabszorpciós CT

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

Kifejtendő kérdések június 13. Gyakorló feladatok

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

lásd: enantiotóp, diasztereotóp

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

A kovalens kötés polaritása

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

Pótlap nem használható!

τ Γ ħ (ahol ħ=6, evs) 2.3. A vizsgálati módszer: Mössbauer-spektroszkópia (Forrás: Buszlai Péter, szakdolgozat) A Mössbauer-effektus

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

A fény tulajdonságai

A. Függelék: Atomspektroszkópia

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Az elektromágneses tér energiája

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 6. Zeeman-effektus

Abszorpciós fotometria

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

Fermi Dirac statisztika elemei

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Mágneses magrezonancia (NMR) spektroszkópiák

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

A kvantumszámok jelentése: A szokásos tárgyalás a pályák alakját vizsgálja, ld. majd azt is; de a lényeg: fizikai mennyiségeket határoznak meg.

AZ ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS KETTŐS TERMÉSZETE

Optika Gröller BMF Kandó MTI. Optikai alapfogalmak. Fény: transzverzális elektromágneses hullám. n = c vákuum /c közeg. Optika Gröller BMF Kandó MTI

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

A kémiai kötés magasabb szinten

N I. 02 B. Mágneses anyagvizsgálat G ép A mérés dátuma: A mérés eszközei: A mérés menetének leírása:

Modern Fizika Labor. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: Az optikai pumpálás. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Alkalmazott spektroszkópia

5.4. Elektronspektroszkópia

Abszorpciós fotometria

Periódusosság. Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok. Slide 1 of 35

Kutatási beszámoló február. Tangens delta mérésére alkalmas mérési összeállítás elkészítése

A spin. November 28, 2006

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Átírás:

Elektronspinrezonancia (ESR) - spektroszkópia Paramágneses anyagok vizsgáló módszere. A mágneses momentum iránykvantáltságán alapul. A mágneses momentum energiája B indukciójú mágneses térben E m S μ z B m S g μ B B ahol z a mágneses momentumnak a térre eső vetülete ms a mágneses spinkvantumszám B a Bohr-magneton g az elektron g-tényezője (tenzormennyiség, l. a továbbiakban Kiválasztási szabály a mágneses dipólusátmenetekre (a minta mágneses momentumának és az elektromágneses sugárzás mágneses terének kölcsönhatása révén létrejövő átmenetekre) ΔmS 1 A szomszédos szintek energiájának különbsége ΔE E ms 1 - E m S g eμ B B

Rezonancia-feltétel: hν foton E g μ B B Ha tehát a mágneses térre merőlegesen polarizált elektromágneses sugárzás fotonjának energiája megegyezik a két szomszédos mágneses energiaszint különbségével, azaz teljesül a rezonancia-feltétel, bekövetkezik a sugárzás abszorpciója (rezonancia-abszorpció), miközben a mágneses momentum megváltoztatja a térrel bezárt szögét (a térre eső vetületét). Ez az ESR-átmenet. A térrel való kölcsönhatás energiája arányos a mágneses indukcióval. Technikai okokból nem állandó mágneses indukció mellett változtatják az elektromágneses sugárzás frekvenciáját, hanem állandó frekvenciájú sugárzást alkalmazva, az indukciót változtatják addig, amíg a mágneses szintek energiakülönbsége megegyezik a foton energiájával.

A leggyakrabban használt, ún. X-sávú készülékekben a foton frekvenciája, foton kb.10 GHz, B pedig 0,3 T körüli erősségű. ESR-készülék Modulációs technika Fázsérzékeny detektor ESR-jel: di/db B függvény Valamely spektrumvonal hozzájárulása az intenzitáshoz valamely B indukciónál I' (B) w (B B 0 ) w 2 (B B 0 ) 2 2 derivált Lorentz-görbe

A spektrumvonalak felhasadnak, aminek oka a hiperfinom-kölcsönhatás a mágneses magokkal. A magspin és a magmágneses momentum is iránykvantált A mag mágneses momentuma minden egyes orientációjában másképpen befolyásolja a párosítatlan elektron mágneses energiaszintjeit: ahányféle irányt vehet föl a mágneses térhez képest, annyi spektrumvonal keletkezik. K2NO(SO3)2- E vegyületben pl. 1 mágneses mag van, a nitrogén. Ennek magspinje 1, tehát 3-féle irányt vehet föl a mágneses térhez képest. Így a só ESRspektruma 3 vonalra hasad föl.

A magmágneses momentummal rendelkező izotópok közül azok határozzák meg az ESR-spektrumban a hiperfinomfelhasadást, amelyeknek nagy az előfordulási aránya a természetben. Természetesen, ettől eltérő a helyzet, ha nem természetes izotópkeverékkel állítjuk elő a vizsgálandó anyagot, hanem valamely tiszta izotóppal, vagy olyan keverék felhasználásával, amelyben valamelyik izotóp arányát megnövelték a természetes keverékhez képest.

Kölcsönhatási mechanizmusok Dipólus-dipólus kölcsönhatás (párosítatlan elektron p-, d-pályán) anizotróp, távolságfüggő gáz- vagy folyadékfázisban kiátlagolódik Fermi-féle kontakt kölcsönhatás (párosítatlan elektron s-pályán) arányos a párosítatlan elektron tartózkodási valószínűségével a mag helyén. Spinpolarizáció A párosítatlan elektron olyan molekulapályán van, amelynek csomósíkja megy át a kérdéses mágneses magon,ezért a párosítatlan elektron nem jut el az illető mag (itt a H mag) helyére. Mégis van felhasadás. Pl. C6H6- gyökanion A H-mag és a kötő elektronok közötti mágneses kölcsönhatás miatt az egyik -kötő elektron többet tartózkodik a mag közelében. A másik spin ezért eltávolodik a magtól, és a párosítatlan elektron közelébe kerül. A közöttük kialakuló kölcsönhatás miatt megváltozik a párosítatlan elektron energiája a térben.

A Hund-szabály értelmében az azonos irányú elektronspinek közelsége energetikailag kedvező, az ellentetteké kedvezőtlen. Ilyen közvetett módon hat a mag a párosítatlan elektron energiaszintjeire. Energetikailag kedvezőtlen kedvező kedvezőtlen kedvező E m S,m I g eμ B ms B ams m I a: csatolási állandó a párosítatlan elektron és a mag közötti kölcsönhatás erősségére jellemző. Megegyezik a spektrumvonalak távolságával. Kiválasztási szabály ΔmS 1 ΔmI 0

Több mag jelenlétekor hatásuk összeadódik E m S,m I g eμ B m S B a i ms m I,i i Azonos csatolási állandó Kiválasztási szabály: ugyanaz ΔmS 1 ΔmI 0 1 db I spinű mag: 2I+1 azonos, (2I+1)-1 intenzitású spektrumvonal n db I spinű mag: 2nI+1 számú, D*(2I+1)-n intenzitású spektrumvonal D (degeneráció foka) a megfelelő Pascal-háromszögben található

Pascal-háromszögek

Eltérő csatolási állandók K2NO(SO3)2E vegyületben 1 nagy előfordulási gyakoriságú mágneses mag van, a nitrogén. Aminil ( NH2)-gyök Az aminil-gyökben, amely az ammóniából képződik egy H-atom lehasításakor, további két mágneses mag, a két egymással ekvivalens H-mag található a nitrogén mellett. A N-, ill. H-magokkal eltérő erősségű kölcsönhatás alakul ki, eltérő csatolási állandókkal. A N-magok hatására felhasadt energiaszintek mindegyike felhasad a H-magok hatására is. Elfajultság csak a hidrogénmagok okozta felhasadásnál lép föl.

an ah ah an ah ah ah ah A nitrogénmag hatására keletkező három spektrumvonal mindegyike felhasad a két azonos csatolási állandójú hidrogénmagnak megfelelő, 1:2:1 intenzitásarányú három-három vonalra

Az alábbi nitroxil-gyökben háromféle nagy csatolási állandójú magcsoport (két foszfor, két hidrogén és egy nitrogén) igen összetett hiperfinom-felhasadást okoz. További két-két hidrogénmaggal való gyenge kölcsönhatás (kis csatolási állandók, fel nem oldott hf szerkezet, vagyis összeolvadt spektrumvonalak) már csak a spektrum számítógépes értékelésével mutatható ki. A párosítatlan elektron nagymértékben delokalizálódott a gyökben.

A lentebbi spektrumban minden vonal azonos intenzitású, ami rögtön mutatja, hogy a feloldott (szemmelláthatóan külön spektrumvonalakat eredményező) felhasadást okozó ekvivalens (azonos magspinű és csatolási állandójú) magokból csak egy-egy van a gyökben. Számítógépes értékeléssel itt is kimutathatók további gyenge hf kölcsönhatások.

Az ábrán látható rézkomplex ESR-spektrumának szembetűnő sajátossága, hogy a rézmaggal való kölcsönhatásból eredő négy vonal eltérő szélességű. A keskeny nagyterű vonal esetében szemmellátható a ligandum nitrogénmagjaival való kölcsönhatás eredménye, az ún. szuperhiperfinom-felhasadás. A kisterű, szélesebb vonalak összeolvadtak. A párosítatlan elektron a dx2-y2 pályán van.

A vanádium(iv)-komplex spektrumában is feltűnő a vonalak eltérő szélessége. Mivel a párosítatlan elektron a dz2 pályán van, nem tud az xy-síkban lévő nitrogénatomokra delokalizálódni és kölcsönhatásba lépni azok atommagjaival, ezért nem látszik további felhasadás még a legkeskenyebb vonalaknál sem.

A csatolási állandók nagyságát a felhasadást okozó mágneses mag anyagi minőségén kívül elsősorban az szabja meg, hogy közvetlen Fermi-kölcsönhatás vagy spinpolarizáció révén mekkora párosítatlan elektronsűrűség alakul ki a mag helyén. Ehhez a hatáshoz hozzáadódhat a dipólus-kölcsönhatás is, ami elsősorban szilárd mintákban mutatkozik meg.