電子自旋共振波譜儀的選購指南

　　電子自旋共振(Electron Spin Resonance，簡(jian)(jian)稱ESR)，或稱電子(zi)(zi)(zi)順(shun)磁共振(zhen)(zhen)(Electron Paramagnetic Resonance，簡(jian)(jian)稱EPR)是(shi)(shi)磁共振(zhen)(zhen)波(bo)(bo)譜(pu)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)一個分支。ESR是(shi)(shi)分析鑒別自(zi)由(you)基、過渡金屬(shu)離子(zi)(zi)(zi)、稀土(tu)離子(zi)(zi)(zi)等(deng)順(shun)磁性物質的(de)(de)有效技術方(fang)法，同時它又是(shi)(shi)研究分子(zi)(zi)(zi)結構、分子(zi)(zi)(zi)運動(dong)和(he)跟蹤各種化學(xue)(xue)(xue)(xue)反應(ying)，包(bao)括生(sheng)化反應(ying)過程(cheng)的(de)(de)有力(li)工具。現在(zai)ESR測試技術發展到很(hen)高的(de)(de)水平，在(zai)物理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)、化學(xue)(xue)(xue)(xue)、生(sheng)命科學(xue)(xue)(xue)(xue)、環境科學(xue)(xue)(xue)(xue)、醫學(xue)(xue)(xue)(xue)、材料(liao)學(xue)(xue)(xue)(xue)、地(di)礦學(xue)(xue)(xue)(xue)等(deng)許多(duo)領域(yu)內獲(huo)得(de)越來越廣泛的(de)(de)應(ying)用(yong)。但是(shi)(shi)在(zai)許多(duo)領域(yu)應(ying)用(yong)中，都會(hui)遇(yu)到如何調試ESR波(bo)(bo)譜(pu)儀來得(de)到滿意的(de)(de)波(bo)(bo)譜(pu)問題。一個滿意的(de)(de)波(bo)(bo)譜(pu)，能夠很(hen)清晰地(di)告(gao)訴測試者被測物質的(de)(de)相關信息，因此如何選擇ESR波(bo)(bo)譜(pu)儀的(de)(de)參數非常重(zhong)要。

　　微(wei)波(bo)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)在(zai)ESR調試(shi)過程中是一(yi)個很(hen)重要的(de)(de)(de)(de)參數(shu)。微(wei)波(bo)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)過小(xiao)時(shi)信號(hao)較小(xiao)，增(zeng)(zeng)大(da)(da)后信號(hao)較明顯(xian)。如果選更大(da)(da)些時(shi)，會出現(xian)(xian)飽(bao)(bao)和(he)(he)現(xian)(xian)象或使譜線(xian)發(fa)生畸(ji)變(bian)，甚至可(ke)(ke)能(neng)看(kan)不到信號(hao)。ESR信號(hao)強度(du)在(zai)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)較小(xiao)時(shi)，隨(sui)(sui)微(wei)波(bo)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)成比例(li)(li)增(zeng)(zeng)加的(de)(de)(de)(de);在(zai)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)較大(da)(da)時(shi)，隨(sui)(sui)其增(zeng)(zeng)加但不成正(zheng)比增(zeng)(zeng)加;如果微(wei)波(bo)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)進一(yi)步增(zeng)(zeng)大(da)(da)，其信號(hao)強度(du)將會出現(xian)(xian)飽(bao)(bao)和(he)(he)甚至可(ke)(ke)能(neng)畸(ji)變(bian)、看(kan)不到信號(hao)。這樣(yang)一(yi)些變(bian)化(hua)都和(he)(he)樣(yang)品的(de)(de)(de)(de)性(xing)質有(you)關。一(yi)般情況下(xia)，不同(tong)的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)由(you)基(ji)(ji)和(he)(he)未(wei)配對電子(zi)都具有(you)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)飽(bao)(bao)和(he)(he)信號(hao)。所(suo)謂(wei)飽(bao)(bao)和(he)(he)就是當微(wei)波(bo)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)非(fei)常大(da)(da)時(shi)，弛豫過程不能(neng)使足夠的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)旋(xuan)回到基(ji)(ji)態(tai)，以(yi)(yi)(yi)維持平衡集居數(shu)分(fen)(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)狀態(tai)。出現(xian)(xian)飽(bao)(bao)和(he)(he)之(zhi)后，電子(zi)在(zai)不同(tong)能(neng)級間的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)差(cha)(cha)減少，其ESR信號(hao)強度(du)隨(sui)(sui)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)加而減小(xiao)。從測量自(zi)(zi)由(you)基(ji)(ji)信號(hao)強度(du)考慮(lv)，這是不利的(de)(de)(de)(de)。在(zai)某些情況下(xia)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)用(yong)飽(bao)(bao)和(he)(he)信號(hao)來區別不同(tong)的(de)(de)(de)(de)ESR信號(hao)。例(li)(li)如半(ban)醌(kun)自(zi)(zi)由(you)基(ji)(ji)和(he)(he)多(duo)芳烴自(zi)(zi)由(you)基(ji)(ji)，它們的(de)(de)(de)(de)ESR波(bo)譜很(hen)相似(si)，g因子(zi)也(ye)很(hen)接近，但是它們的(de)(de)(de)(de)飽(bao)(bao)和(he)(he)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)有(you)很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)別。半(ban)醌(kun)自(zi)(zi)由(you)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)飽(bao)(bao)和(he)(he)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)為(wei)2mw左右(you)，多(duo)環芳烴自(zi)(zi)由(you)基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)飽(bao)(bao)和(he)(he)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)在(zai)100mW以(yi)(yi)(yi)上(shang)。所(suo)以(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)飽(bao)(bao)和(he)(he)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)調試(shi)是非(fei)常重要的(de)(de)(de)(de)，而且(qie)能(neng)反(fan)映樣(yang)品的(de)(de)(de)(de)某些性(xing)質。但是滿意的(de)(de)(de)(de)微(wei)波(bo)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)選擇(ze)是在(zai)飽(bao)(bao)和(he)(he)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)(lv)以(yi)(yi)(yi)下(xia)，此時(shi)譜線(xian)是正(zheng)常的(de)(de)(de)(de)，也(ye)便于研(yan)究分(fen)(fen)(fen)析(xi)譜線(xian)信息。

　　檢測未知樣品時，先要進行比較(jiao)寬的(de)掃(sao)場(chang)(chang)，防(fang)止漏掉ESR信(xin)號(hao)。發現ESR信(xin)號(hao)后(hou)再選(xuan)取(qu)合適的(de)ESR信(xin)號(hao)，進行小范圍掃(sao)場(chang)(chang)，使(shi)得所(suo)要研(yan)究(jiu)的(de)ESR信(xin)號(hao)處在適當(dang)(dang)的(de)位置。掃(sao)場(chang)(chang)寬度縮小后(hou)不僅譜(pu)(pu)(pu)線(xian)信(xin)號(hao)更(geng)突(tu)出，而且譜(pu)(pu)(pu)線(xian)信(xin)號(hao)也被(bei)拉開(kai)了。在譜(pu)(pu)(pu)線(xian)a中(zhong)看不到Mn標的(de)6條(tiao)信(xin)號(hao)，在譜(pu)(pu)(pu)線(xian)c中(zhong)就(jiu)看到了Mn標的(de)6條(tiao)信(xin)號(hao)。當(dang)(dang)然掃(sao)場(chang)(chang)寬度不能太小，太小就(jiu)無(wu)法讀取(qu)譜(pu)(pu)(pu)線(xian)的(de)有效信(xin)息。因此調試適當(dang)(dang)的(de)掃(sao)場(chang)(chang)寬度，ESR波譜(pu)(pu)(pu)就(jiu)能被(bei)拉開(kai)合適的(de)寬度，也就(jiu)便于減小所(suo)測譜(pu)(pu)(pu)線(xian)線(xian)寬和g因子的(de)誤差。

　　不(bu)同掃(sao)場(chang)時間(jian)(jian)譜(pu)線線型和(he)強度是有差異(yi)的。掃(sao)場(chang)時間(jian)(jian)在一定程度上會(hui)影響(xiang)譜(pu)線的分(fen)裂，特別是譜(pu)線具有超精細分(fen)裂時，掃(sao)場(chang)時間(jian)(jian)要慢，否(fou)則會(hui)得不(bu)到滿意的譜(pu)線，甚至譜(pu)線會(hui)發生(sheng)畸變。一般情(qing)況，不(bu)同樣品有不(bu)同掃(sao)場(chang)時間(jian)(jian)設(she)置，在實(shi)際操作過程中，掃(sao)場(chang)時間(jian)(jian)的設(she)置要結合掃(sao)場(chang)寬度和(he)時間(jian)(jian)常(chang)數(shu)來恰當(dang)設(she)置。

　　調(diao)制(zhi)幅(fu)度(du)不(bu)(bu)(bu)同，譜線(xian)(xian)信號(hao)是不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)，而(er)且隨(sui)(sui)調(diao)制(zhi)幅(fu)度(du)增大，信號(hao)強(qiang)(qiang)度(du)也在(zai)變大。如(ru)果調(diao)制(zhi)幅(fu)度(du)進一(yi)步增大時，其譜線(xian)(xian)可能(neng)開始出(chu)(chu)現強(qiang)(qiang)度(du)下降，線(xian)(xian)寬增大，波形也開始出(chu)(chu)現畸(ji)(ji)變;Mn標的(de)(de)信號(hao)相對(dui)強(qiang)(qiang)度(du)一(yi)直隨(sui)(sui)調(diao)制(zhi)幅(fu)度(du)增大而(er)增大且有一(yi)較好的(de)(de)比(bi)例關(guan)系。在(zai)研究調(diao)制(zhi)幅(fu)度(du)對(dui)譜線(xian)(xian)影響時，發(fa)現合適的(de)(de)調(diao)制(zhi)頻率(lv)(lv)對(dui)信噪(zao)比(bi)SNR和分辨率(lv)(lv)有一(yi)定的(de)(de)優化作用(yong)。通常情(qing)況(kuang)下調(diao)制(zhi)頻率(lv)(lv)是不(bu)(bu)(bu)調(diao)節的(de)(de)，因(yin)而(er)在(zai)此不(bu)(bu)(bu)做深(shen)入討論。一(yi)般情(qing)況(kuang)下為了保證信號(hao)較突出(chu)(chu)、不(bu)(bu)(bu)畸(ji)(ji)變，取調(diao)制(zhi)幅(fu)度(du)約為線(xian)(xian)寬的(de)(de)三分之一(yi)為益。

　　時(shi)間常數(shu)對(dui)平均噪聲和提高(gao)SNR(信噪比)有(you)重(zhong)要(yao)作用(yong)。時(shi)間常數(shu)越(yue)小SNR越(yue)差，但是波形(xing)比較好;時(shi)間常數(shu)增大到一定值，SNR越(yue)好，但是波形(xing)就會失真。通(tong)常情況下，如果時(shi)間常數(shu)取的比較大，其掃場速度就要(yao)慢(man)些(xie)，時(shi)間常數(shu)要(yao)設定成與掃場速度的乘積遠(yuan)小于1。

　　放大(da)倍數只改變譜線的(de)大(da)小比例，其選取(qu)的(de)比例對ESR信號沒有(you)影響，它的(de)設置*取(qu)決于測試(shi)者