Co to jest rezonans spinowy?

Rezonans spinowy (ESR) jest formą spektroskopii stosowanej na materiałach paramagnetycznych - materiały, które stają się magnetyczne po wystawieniu na zewnętrzne pole magnetyczne. ESR jest również określany jako rezonans paramagnetyczny elektronów lub EPR. Rezonans spinowy ma wiele zastosowań w chemii i biologii, a nawet ma zastosowania w takich dziedzinach, jak obliczanie kwantowe.

Elektron nosi ładunek i spiny. Dlatego indukuje moment magnetyczny. Jeśli zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym, moment magnetyczny elektronu będzie zgodny z kierunkiem pola magnetycznego. Możliwe jest również wyrównanie elektronu w przeciwnym kierunku pola magnetycznego, ale wymaga to większej energii i nie jest naturalnym stanem elektronu. Jest to naukowa podstawa rezonansu spinowego elektronowego.

z ESR, zastosowano do niego substancję z cząsteczkami, które mają dodatkowe lub niesparowane elektrony w polu magnetycznym i energii, zwykle w postaci mikrofalów.Niesparte elektrony pochłaniają energię elektromagnetyczną i przeniosą się do stanu wyższego energii poprzez ponowne wyrównanie ich momentów magnetycznych, aby być przeciwnym do zewnętrznie przyłożonego pola magnetycznego. Częstotliwość energii pochłoniętej przez elektrony wskazuje strukturę chemiczną cząsteczki, do której są one przymocowane. W ten sposób można zastosować rezonans spinowy do określenia składu chemicznego różnych materiałów.

Bardzo ważne jest, aby substancja miała niesparowane elektron. Wynika to z faktu, że sparowane elektrony, zgodnie z zasadą wykluczenia Pauli, będą miały spiny w przeciwnych kierunkach, a zatem nie ma momentu magnetycznego netto. Materiały te są znane jako diamagnetyczne i nie nadają się do ESR.

Podobnie jak w przypadku innych technik spektroskopii rezonansowej, elektrony stosowane w rezonansie spinowym muszą być dozwolone w celu relaksu i powrotu do stanów niższych energii. Jeśli nie, wszystkie elektrony będą excytowane i żadna dalsza wchłanianie nie będzie możliwa. W takim przypadku nie będzie nic do zmierzenia, w związku z czym nie zostanie wytworzony żaden sygnał. Relaksowanie z liniami spinowymi, w których elektron nadaje energię do otoczenia, i relaksacja spin-spin, gdzie elektron nadaje energię innym elektronowi, to dwie metody, w których mogą wystąpić relaksacja.

ESR jest szczególnie odpowiedni do wykrywania wolnych rodników, które są zestawem wysoce reaktywnych cząsteczek z niesparowanymi elektronami. Wiadomo, że wolne rodniki są przyczyną kilku chorób, zatruć, a nawet nowotworów. Powodują również rozkład szkliwa zębów ze znaną prędkością, co oznacza, że ​​można użyć rezonansu spinowego elektronowego, a co za tym idzie, ludzi. Nadmiar wolnych rodników jest również obecny w piwie i winie, które minęły ich okres przydatności.

ESR jest również wiodącym kandydatem w kilku najnowocześniejszych technologiach. Należą do nich sztuczna fotosynteza i obliczenia kwantowe. W tym ostatnim, dostrajając ESR do WorK Na jednym elektronu zamiast grupy elektronów można utworzyć bramę logiczną, która odpowiada stanom energetycznym momentu magnetycznego elektronu.