Risonanza paramagnetica elettronica – wikipedia gas in babies that breastfeed

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Un elettrone possiede un momento angolare intrinseco noto come momento di spin. Le proprietà del momento angolare di spin sono tipiche di un momento angolare quantistico; sono, cioè, descritte in modo appropriato solo dalla meccanica quantistica. Secondo la meccanica quantistica, per una data osservazione sperimentale possiamo conoscere solamente il modulo del momento angolare e la componente del momento angolare lungo una direzione (diciamo z), rimanendo invece completamente ignote le componenti lungo x e y. Il modulo del momento angolare è dato da

In queste relazioni, S {\displaystyle S} è un numero intero o semiintero positivo, e m {\displaystyle m} può assumere i valori m = S , S − 1 , S − 2 , . . . − S {\displaystyle m=S,S-1,S-2,…-S} . Per l’elettrone, S = 1 2 {\displaystyle S={\tfrac {1}{2}}} e quindi due valori di m {\displaystyle m} sono possibili: + 1 2 {\displaystyle +{\tfrac {1}{2}}} e − 1 2 {\displaystyle -{\tfrac {1}{2}}} .

In accordo con l’espressione per l’ interazione Zeeman elettronica, in presenza di un campo magnetico gli spin α {\displaystyle \alpha } e β {\displaystyle \beta } assumono rispettivamente un’energia E = + 1 2 g e μ B B 0 {\displaystyle E=+{\tfrac {1}{2}}g_{e}\mu _{B}B_{0}} e E = − 1 2 g e μ B B 0 {\displaystyle E=-{\tfrac {1}{2}}g_{e}\mu _{B}B_{0}} , come rappresentato sotto in figura.

Un elettrone spaiato può passare da un livello energetico all’altro o assorbendo o emettendo una quantità di energia h ν {\displaystyle h\nu } tale che sia verificata la condizione di risonanza. La maggioranza delle misure EPR viene effettuata in campi magnetici di circa 0.35 T con una corrispondente risonanza di spin che ricade nella regione delle microonde alla frequenza di 9-10 GHz.

In linea di principio, gli spettri EPR possono essere generati sia variando la frequenza dei fotoni incidenti su un campione mantenendo il campo magnetico costante, sia nel modo contrario. Nella pratica si tende a mantenere costante la frequenza. L’insieme di centri paramagnetici, come i radicali liberi, viene esposto a microonde di frequenza fissata. Aumentando il campo magnetico esterno, la differenza di energia tra gli stati di spin +1/2 e -1/2 tende ad aumentare fino a raggiungere il valore di risonanza con le microonde e generando un picco di assorbimento dovuto alla maggiore popolazione presente allo stato energetico inferiore. Le popolazioni dei vari stati seguono la distribuzione di Maxwell-Boltzmann.

Perché si abbia effettivamente un assorbimento di energia da parte del sistema (e quindi una riga nello spettro EPR), oltre alla condizione di risonanza dev’essere verificata anche la condizione richiesta dalla regola di selezione Δ M S = ± 1 {\displaystyle \Delta M_{S}=\pm 1} , imposta dall’applicazione degli operatori di spin alle funzioni di base che descrivono gli stati del sistema | S , M S ⟩ {\displaystyle \left|S,M_{S}\right\rangle } .

• Un elettrone spaiato può subire l’aumento o la diminuzione del suo momento angolare, il che può cambiare il valore del suo fattore g, che può differire da g e. Ciò è particolarmente significativo per i sistemi chimici formati da ioni dei metalli di transizione.

• Se un atomo al quale è associato un elettrone spaiato possiede spin nucleare non nullo, il suo momento magnetico influenzerà l’elettrone. Questo porta al fenomeno di accoppiamento iperfine, analogo all’accoppiamento J della tecnica NMR, che provoca la separazione del segnale di risonanza EPR in doppietti, tripletti e così via.

• Il fattore g e l’accoppiamento iperfine in un atomo o molecola può non essere lo stesso per tutte le orientazioni assunte da un elettrone spaiato in un campo magnetico esterno. Questa anisotropia dipende dalla struttura elettronica dell’atomo o molecola in oggetto, e così può fornire informazioni riguardanti l’ orbitale atomico o molecolare contenente l’elettrone spaiato.