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電子自旋共振波譜儀基于電子自旋共振現(xiàn)象。當(dāng)未成對電子在不同的原子或化學(xué)鍵上，或在分子的不同軌道上時，會具有不同的自旋狀態(tài)和能級。在外磁場作用下，這些電子的自旋能級會發(fā)生塞曼分裂，形成若干個能級。如果此時施加一個與塞曼分裂能級差相等的電磁輻射(通常是微波)，電子就會吸收該能量，從低能級躍遷到高能級，發(fā)生電子自旋共振。通過檢測和分析這種共振信號，就可以得到電子自旋的信息。
電子自旋共振波譜儀構(gòu)成：
1.微波橋：提供穩(wěn)定、連續(xù)的微波功率，是產(chǎn)生電子自旋共振條件的關(guān)鍵部件之一。它將微波源產(chǎn)生的微波信號傳輸?shù)綐悠非恢校箻悠分械碾娮幽軌蛭瘴⒉芰慷l(fā)生能級躍遷。
2.諧振腔：是一個金屬空腔，用于放置樣品。它具有特定的頻率和模式，能夠使微波在其中產(chǎn)生駐波，從而增強微波的電場強度，提高樣品對微波的吸收效率。同時，諧振腔還可以將樣品吸收微波后產(chǎn)生的微弱信號耦合出來，傳輸給檢測系統(tǒng)。
3.磁鐵系統(tǒng)：通常由電磁鐵和電源組成，用于產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定的外磁場。通過調(diào)節(jié)磁場的大小和方向，可以改變電子的自旋能級分裂程度，從而實現(xiàn)對不同樣品的測試需求。現(xiàn)代的ESR波譜儀大多采用超導(dǎo)磁鐵，其磁場強度高、穩(wěn)定性好，能夠提高儀器的分辨率和靈敏度。
4.樣品架：用于放置和固定樣品，確保樣品在測試過程中處于合適的位置和狀態(tài)。它可以準(zhǔn)確地調(diào)整樣品的位置和角度，以便獲得最佳的測試效果。
5.檢測系統(tǒng)：主要包括探測器和信號處理電路。探測器用于檢測樣品吸收微波后產(chǎn)生的共振信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。信號處理電路則對該電信號進行放大、濾波、檢波等處理，得到可供記錄和分析的ESR信號。
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