تشدید پارامغناطیسی الکترون

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

تشدید پارامغناطیس الکترون (به انگلیسی: Electron paramagnetic resonance یا EPR) یک تکنیک طیف‌بینی آشکار کنندة مواد دارای الکترون جفت‌نشده است. لذا غالباً ESR (تشدید اسپین الکترون ) نیز نامیده می شود. آزمایش تشدید پارا مغناطیس الکترون EPR، را می توان به صورت جذب تشدیدی انرژی ماکروویو در گونه‌های پارا مغناطیس بوسیلة گذار اسپین یک الکترون جفت‌نشده از یک تراز انرژی به تراز انرژی بعدی در حضور یک میدان مغناطیسی قوی تعریف کرد . اولین تجربة EPR بوسیلة زاویسکی در سال ۱۹۴۵ انجام شد. EPR اسپکتروسکپی به دو روش پالسی و پیوسته انجام می‌شود.

آشنایی با کارکرد[ویرایش]

EPR یک تکنیک تشدید مغناطیسی شبیه NMR، تشدید مغناطیسی هسته، است. با این تفاوت که بجای گذارهای هسته ای در نمونه گذارهای الکترون جفت‌نشده را در میدان مغناطیسی مورد آشکارسازی قرار می دهد. ممان مغناطیسی رفتار الکترون را همانند یک میلة آهنربای کوچک می کند. هنگام فراهم آمدن یک میدان مغناطیسی خارجی، الکترونهای پارامغناطیس می توانند در یک راستای موازی به صورت هم جهت و خلاف جهت میدان مغناطیسی اعمالی قرار گیرند. بدین سبب دوسطح انرژی مجزا برای الکترونهای جفت‌نشده به وجود می آید، که در وهلة اول تعداد آنها که در خلاف جهت هستند بیشتر از آنهایی که هم جهت هستند خواهد بود. با به کار بردن یک فرکانس ثابت از تشعشع ماکروویو تعدادی از الکترونهای سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا برانگیخته می شوند. برای اتفاق افتادن این گذار باید میدان مغناطیسی خارجی با یک قدرت خاص وجود داشته باشد . آنچنانکه اختلاف سطح انرژی بین سطح پایین و بالایی دقیقاً با فرکانس ماکروویو هماهنگ باشد . برای رسیدن به چنین شرایطی مقادیر مختلف میدان مغناطیسی را با ثابت نگاه داشتن فرکانس ماکروویو جاروب می کنیم . در شرایطی که میدان مغناطیسی و فرکانس موج ماکروویو کاملاً منطبقند شرایط تشدید محقق می شود.

EPR تنها وسیله ای است که قادر به آشکار سازی الکترون جفت‌نشده بصورت تمایز ناپذیر می باشد. دیگر روشها مثلاً فلورسانس ممکن است شواهد غیر مستقیمی از رادیکالهای آزاد فراهم آورند ولی EPR دارای توانایی بی مانندی در شناسایی ویژگیی پارامغناطیس می باشد.نمونه‌های EPR نسبت به شرایط محیطی حساس می باشند، لذا قابلیت مشخص نمودن ساختار مولکولی نزدیک به الکترون جفت نشده را فراهم می آورد. بعضی از مواقع طیف EPR تغییرات شکلی عجیبی را نمایش میدهد که بیانگرفرایندهای دینامیکی همچون حرکت یاجریان مولکولهاست.

تشدید پارامغناطیسی الکترون به روش پالسی

کاربرد[ویرایش]

تعداد زیادی از مواد، دارای الکترون جفت‌نشده می باشند که مشتمل بر رادیکال‌های آزاد تجزیه و واکنشهای پلیمری هستند . در نتیجه EPR در شاخه‌های زیادی مورد استفاده قرار می گیرد، از جمله: شیمی، فیزیک، بیولوژی، علم مواد، پزشکی و غیره.. . تکنیک EPR برای آشکارسازی رادیکالهای آزاد فعال با زمان بقای کم درحوزة زیست پزشکی برای شفاف نمودن نقش رادیکالهای آزاد در مسمومیتها و امراض نقش حیاتی دارد.

بیوشیمیستها با برچسب زدن بر مولکولهای بزرگ توسط یک مولکول پارا مغناطیس از طیف EPRارسال شده (بوسیلة علامت گذاری اسپین) به نوع محیطی که در آن علامت گذاری اسپین انجام پذیرفته است پی می برند (PH، جریان، آبدوستی).

ESEEM ، ENDOR دو روش EPR هستند که بر همکنش الکترون با هسته‌های اطراف را اندازه می گیرند و در بررسی ساختار قسمتهای فعال پروتوئینها فوق العاده تکنیکهای قویی می باشند.

دیگر کاربرد مهم EPR در دزیمتری اشعه است که شامل اندازه گیری دز بکار رفته در استرلیزه کردن وسایل پزشکی و آشکار نمودن غذاهای اشعه دیده است.

رادیکال‌های آزاد[ویرایش]

تمامی مواد یا محلولهایی که در لایة آخر انرژی خود دارای تعداد فردی از الکترون هستند؛ اسپین غیر صفر داشته و به مواد پارامغناطیس معروف می باشند. زیرا هر لایة انرژی یا به عبارت دیگر هر حالت کوانتومی خاص، می تواند دارای دو الکترون با اسپینهای مخالف جهت باشد. به طوریکه اسپین کل آن حالت (طبق اصل طرد پاولی) صفر شود. اما اگر در یک لایة انرژی تعداد فردی الکترون داشته باشیم، یک زیر لایة این حالت دارای تک الکترون خواهد بود واین الکترون دارای اسپین خالص s=۱/۲ و مولفه z اسپین Sz =+۱/۲ یا = -۱/۲ Sz خواهد بود. بنابراین اسپین کل سیستم اصطلاحاً صفر نبوده و دارای مقدار خاصی خواهد بود.

رادیکالهای آزاد موادی هستند که این خاصیت را دارند. یک رادیکال آزاد، یک اتم یا گروهی از اتمها یا مولکولها در حالت خاصی می باشند که دارای یک الکترون تک در اربیتال بالایی (نهائی) هستند. برای مثال اتم هیدروژن H، یا هیدروکسیل HO، متیل .H۳C رادیکالهای آزاد معمولاً موادی بسیار فعال می باشند که شدیداً به اشتراک گذاشتن الکترون تک خود و تشکیل ترکیبی جدید علاقه‌مندند. اما برخی از رادیکالهای آزاد هم مانند Clo۲،No۲،No، دارای حالت پایدار می باشند.

یک رادیکال دو گانه ماده ای است که دو الکترون زوج نشده در لایة نهائی انرژی خود دارد. مانند O۲،H۲C. یک یون رادیکال، رادیکال آزادی با بار مثبت یا منفی است. مانند H۳n+ همچنین ماده ای مانند آلانین. این ماده هنگامی که به هر دلیل مثل تابش الکترون یا گاما، یونیزه شده و تبدیل به یون رادیکال CH۳HOO می‌شود پایداری بسیار طولانی مدت دارد به طوریکه در اندازه گیریهای در حد سال باز هم وجود این رادیکال تشخیص داده شده است.

همچنین بعضی از یونهای فلزات میانه دارای الکترون زوج نشده در اربیتالهای داخلی خود می باشند که درنتیجه خواص رادیکالهای آزاد را از خود نشان می دهند. این مواد و ترکیباتشان همگی خاصیت پارامغناطیس داشته و مانند رادیکالهای آزاد رفتار می کنند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]