Laboratorium Fizyka Współczesna I

Sprawozdanie z ćwiczeń z dnia 10.01.2014

Przyroda II rok

Gdańsk, 10.01.2014

1. Elektronowy rezonans paramagnetyczny

Rezonans magnetyczny jest to narzędzie opierające swoje działanie na zmianie spinu elektronów. Odkrycie spinu elektronu w 1925 przez parę młodych naukowców, w 1944 Zawojski odkrył stany elektronu w atomie, co razem zapoczątkowało badania nad zjawiskiem momentu magnetycznego cząstek. Moment magnetyczny jest indukowany przez prąd płynący w obwodzie zamkniętym.

Spinem nazywamy moment własny pędu cząsteczki w układzie. Zakaz Pauliego mówi nam, iż w danym stanie kwantowym może znajdować się tylko jeden elektron, dlatego też spin cząsteczki wynosić może ±½. Rezonans magnetyczny to inaczej pochłanianie fal o różnych długościach przez cząsteczki o zerowym spinie znajdujące się w polu magnetycznym. Pochłaniane cząsteczki rejestrowane są w postaci widma absorpcyjnego - czarnych pasków na widmie ciągłym.

W medycynie rezonans magnetyczny umożliwia dokonanie bezinwazyjnej analizy stanu tkanek i organów wewnętrznych, ponieważ korzysta z naturalnych możliwości odwracania spinu elektronów przez dostarczenie do nich energii celem uzyskania obrazy ognisk zapaleń i dysfunkcji organizmów. Raptem 20 lat minęło od odkrycia zjawiska spinu do utworzenia pierwszych maszyn i rozpoczęcia diagnozowania schorzeń pacjentów na podstawie badań rezonansem.

Podstawowy warunek ESR

2. Wyznaczanie czynnika Landego DPPH metodą elektronowego rezonansu paramagnetycznego

Układ doświadczalny spektrometru ESR składał się ze klistronu (lampy emitującej mikrofale), próbki DPPH umieszczonej w polu magnetycznym utworzonym przez cewki Hemholtza znajdujące się w rezonatorze oraz diody mikrofalowej, która przekazywała sygnał dalej do oscyloskopu, na którego ekranie pojawiał się obraz zmiany spinu w postaci ubytku na widmie. Manipulując natężeniem prądu (co za tym idzie indukcją pola magnetycznego), która umożliwia nakierowanie mikrofal na próbkę i uzyskanie symetrycznego obrazu ubytku na ekranie oscyloskopu. Schemat układu został zaprezentowany poniżej (Rys.1)

Rysunek 1. Schemat układu doświadczalnego

Źródło: http://www.fizyka.umk.pl/wfaiis/files/elektronowy_rezonans_paramagnetyczny.pdf

Próbka umieszczona w rezonatorze zawiera DPPH, substancję organiczną, paramagnetyczną, która posiada jeden niesparowany elektron przy atomie azotu. Moment magnetyczny DPPH jest równy zeru.

Czynnik Landego jest niezbędny do liczenia rzutu spinu. Wyliczany jest ze wzoru:

Indukcja (B) dla cewek Hemholtza umieszczonych w rezonatorze:

dla

μ₀ =1,256*10^-6 [Tm/A]

h = 6,626*10^-34 [ J*s]

v = 146*10⁶ [1/s]

n = 241 zwojów

R = 0,048 m

μ_B = 9,27*10^-27[Am²]

Wyniki pomiarów:

l.poj.pom.	IR [A]
1	1,195
2	1,191
3	1,199
średnia	1,195
odchylenie	0,004

Zatem średnie wyliczone I_R w naszym przypadku wyniosło I_R = 1,195±0,004 [A]

Średnia wartość I_R umożliwia wyliczenie B_R (indukcji pola magnetycznego) ze wzoru powyżej. Stąd wynika wartość:

Wartość tablicowa g dla DPPH g_tab=2,0037

Wartość przeze mnie otrzymana nieco różni się od wartości teoretycznej/tablicowej. Może to wynikać z faktu, iż dokonaliśmy niewystarczającej liczby obserwacji, bądź też dokonywaliśmy błędnego odczytu, gdyż niezwykle trudnym było tak ostrożne i dokładne manimpulowanie napięciem, by ubytek widoczny na ekranie był symetryczny.

2

---