Was ist eine Elektronenspin -Resonanz?
Electron Spin Resonance (ESR) ist eine Form der Spektroskopie, die für paramagnetische Materialien verwendet wird - Materialien, die bei einem externen Magnetfeld magnetisch werden. ESR wird auch als elektronenparamagnetische Resonanz oder EPR bezeichnet. Die Elektronenspin -Resonanz hat eine Vielzahl von Anwendungen in Chemie und Biologie und sogar Verwendungszwecke in Feldern wie Quantum Computing. Es induziert daher einen magnetischen Moment. Wenn sich das Magnetmoment des Elektrons in ein externes Magnetfeld platziert, richtet sich das Magnetmoment des Elektrons mit der Richtung des Magnetfeldes aus. Es ist auch möglich, dass das Elektron in die entgegengesetzte Richtung des Magnetfelds ausgerichtet ist, dies erfordert jedoch mehr Energie und ist nicht der natürliche Zustand des Elektrons. Dies ist die wissenschaftliche Grundlage für die Elektronenspin -Resonanz.Die ungepaarten Elektronen absorbieren die elektromagnetische Energie und bewegen sich in einen höheren Energiezustand, indem sie ihre magnetischen Momente neu ausrichten, um das äußerlich angelegte Magnetfeld entgegenzunehmen. Die von den Elektronen absorbierte Energiefrequenz zeigt die chemische Struktur des Moleküls an, an das sie gebunden sind. Auf diese Weise kann die Elektronenspin -Resonanz verwendet werden, um die chemische Zusammensetzung verschiedener Materialien zu bestimmen.
Es ist wichtig, dass die Substanz ungepaarte Elektronen hat. Dies liegt daran, dass gepaarte Elektronen gemäß dem Pauli -Ausschlussprinzip in entgegengesetzte Richtungen und damit keinem netzmagnetischen Moment gedreht werden. Diese Materialien sind als diamagnetisch bekannt und sind für ESR nicht geeignet.
Wie bei anderen Resonanzspektroskopie -Techniken müssen die in der Elektronenspin -Resonanz verwendeten Elektronen sich entspannen und in ihre niedrigeren Energiezustände zurückkehren. Wenn nicht, werden alle Elektronen ex seinzitiert und es wird keine weitere Absorption möglich sein. In diesem Fall gibt es nichts zu messen und folglich wird kein Signal erzeugt. Spin-Lattice-Relaxation, bei der ein Elektron Energie für seine Umgebung verleiht, und Spin-Spin-Relaxation, bei der ein Elektron einem anderen Elektron Energie verleiht, sind die beiden Methoden, bei denen eine Entspannung auftreten kann.
ESR ist besonders gut zum Nachweis von freien Radikalen geeignet, bei denen es sich um eine Reihe hochreaktiver Moleküle mit ungepaarten Elektronen handelt. Freie Radikale sind bekannt als Ursache für mehrere Krankheiten, Vergiftungen und sogar Krebsarten. Sie verursachen auch den Zerfall des Zahnschmelzes in einer bekannten Geschwindigkeit, was bedeutet, dass die Elektronenspin -Resonanz bisher Zähne und damit auch Menschen verwendet werden kann. Überschüssige freie Radikale sind auch in Bier und Wein vorhanden, die über ihre Haltbarkeit hinausgehen.
ESR ist auch ein führender Kandidat in mehreren hochmodernen Technologien. Dazu gehören künstliche Photosynthese und Quantencomputer. Im letzteren durch Feinabstimmung ESR auf schlechtK auf einem einzelnen Elektron anstelle einer Gruppe von Elektronen kann ein Logik -Tor erstellt werden, das den Energiezuständen des Magnetmoments des Elektrons entspricht.