现代电子顺磁共振波谱学及其应用 [Advanced Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy and Its Applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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卢景雾 编

图书标签:

• EPR
• ESR
• 电子顺磁共振
• 波谱学
• 物理化学
• 材料科学
• 化学物理
• 自旋化学
• 自由基
• 过渡金属

出版社： 北京大学医学出版社

ISBN：9787565903137

版次：1

商品编码：10948188

包装：平装

外文名称：Advanced Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy and Its Applications

开本：16开

出版时间：2012-02-01

用纸：胶版纸

页数：4

内容简介

《现代电子顺磁共振波谱学及其应用》分上、下两篇共十七章和四个附录。上篇是理论和技术篇，内容主要包括电子顺磁共振（EPR）的基本原理、EPR的实验方法以及现代的、各种各样的EPR新技术和新方法，如脉冲电-核双共振、表面自由基-EPR、自旋标记-EPR、瞬态-EPR、自旋捕捉-EPR、在体（活体） EPR和脉冲-EPR等。在深入浅出地阐明理论概念的基础上讲述了EPR波谱的解析方法，结合在化学、生物化学、分子生物学等方面的应用课题，介绍了从中获得相关专业信息的方法。下篇是应用篇，进一步通过实例介绍了电子顺磁共振波谱学在自由基生物学、医药学、环境科学和工、农业生产等方面的应用，不仅证实了EPR技术在多种学科中应用的可能性，而且了解到电子顺磁共振和其他学科之间“连接”的途径。为了方便阅读，在附录中列出了符号缩写、公式转换和磁性核的波谱参数。《现代电子顺磁共振波谱学及其应用》可以作为电子顺磁共振波谱学领域的科学研究人员、工程技术人员、应用研究人员、高校的教育工作者和其他对该技术有兴趣者重要的参考书籍，也可以成为高等院校多个专业大学生、研究生的辅助教材。

目录

上篇 理论及技术篇
1 电子顺磁共振的基本原理
1.1 电子的自旋和磁矩
1.2 磁偶极子在磁场中的能量
1.3 角动量的量子化
1.4 磁矩和角动量之间的关系
1.5 共振条件
1.6 自旋—品格弛豫
1.7 线宽和线形
参考文献
2 电子顺磁共振信号的超精细分裂
2.1 核的磁性
2.2 自旋哈密顿H
2.3 超精细耦合相互作用的来源
2.4 各向同性超精细相互作用
2.4.1 具有一个未成对电子S=1／2和一个I=1／2的核体系的能级分裂
2.4.2 具有一个未成对电子S=1／2和一个I=1的核体系的能级分裂
2.5 超精细耦合的类型
2.5.1 α-型超精细耦合
2.5.2 β-型超精细耦合
参考文献
3 电子顺磁共振的实验装置
3.1 EPR波谱仪的基本组成
3.1.1 设计依据和发展概况
3.1.2 微波系统
3.1.3 微波谐振腔
3.1.4 高频小调场和相敏检波器
3.1.5 磁场系统
3.1.6 计算机系统
3.1.7 高频小调场式EPR波谱仪
3.2 EPR波谱仪的主要指标
3.2.1 灵敏度
3.2.2 分辨率
3.2.3 稳定性
3.2.4 多功能性
3.3 主要附件
3.3.1 变温装置
3.3.2 双共振
3.3.3 多种谐振腔
3.3.4 高斯计
3.3.5 场／频锁定器
3.3.6 转角器
3.3.7 停止-流动装置和电解池
3.3.8 光照装置
3.4 EPR波谱仪的最新发展
3.4.1 脉冲EPR技术
3.4.2 多频共振
3.4.3 二维、三维及多维EPR波谱技术
3.4.4 强大的计算机软、硬件功能
参考文献
4 电子顺磁共振波谱仪的操作
4.1 操作理论
4.1.1 微波功率的选择
4.1.2 调制幅度和调制频率及相位选择
4.1.3 中心磁场H场扫描宽度△H和场扫描速率△H／t
4.1.4 增益G以及滤波器时间常数T的选择
4.1.5 合理选择测量参数的考虑
4.2 操作方法
4.2.1 待测样品的准备
4.2.2 EPR波谱仪的常规操作
4.3 特殊操作
4.3.1 高分辨波谱的检测
4.3.2 变温测量
4.3.3 自旋标记样品的测量
4.3.4 短寿命自由基的测量
4.3.5 含水样品的检测
4.3.6 ENDOR测量
4.4 安全和维护
……
下篇 应用篇
附录1 缩略语列表
附录2 符号说明列表
附录3 基本常数和常用转换关系的说明
附录4 常见磁性核的自然丰度、核自旋和超精细耦合常数列表
后记

前言/序言

穿越物质的深层脉动：一场关于电子自旋的探索之旅 电子顺磁共振（EPR），又称电子自旋共振（ESR），是一门强大而精密的波谱学技术，它如同一个无形的探针，能够深入物质的微观世界，揭示电子的运动、成键状态以及周围微环境的微妙变化。本书《现代电子顺磁共振波谱学及其应用》并非简单地罗列实验方法或理论公式，而是旨在引领读者踏上一场引人入胜的探索之旅，领略EPR在理解和改造物质世界中扮演的关键角色。 EPR：解锁电子自旋的密码 要理解EPR，我们首先需要认识电子的奇妙属性——自旋。电子不仅是构成原子和分子的基本粒子，它还拥有一个内禀的角动量，即自旋角动量。这种自旋赋予了电子一个微小的磁矩，使其行为如同一个微小的磁铁。在没有外加磁场的情况下，这些微小的电子磁铁指向是随机的。然而，当我们施加一个外部磁场时，电子自旋会呈现出两种不同的能量状态，一种与外加磁场方向平行，能量较低；另一种则与外加磁场方向反平行，能量较高。这两种能量状态的能量差，直接与外加磁场的强度成正比。 EPR的核心在于利用电磁波与这种在外加磁场中具有能量差的电子自旋发生共振。当我们将特定频率（通常在微波波段）的电磁波照射到样品时，如果电磁波的能量恰好等于两种电子自旋状态之间的能量差，就会发生吸收，从而引起共振。通过测量吸收信号随外加磁场变化的情况，我们就能获得EPR谱。这个谱图，就像是物质中未成对电子的“指纹”，蕴含着丰富的信息。 EPR谱的奥秘：从g因子到超精细结构 EPR谱并非一成不变，它的形状、位置和强度都传递着独一无二的信息。其中，g因子是EPR谱中的关键参数。它描述了电子自旋磁矩与角动量之比，并且会受到电子所处化学环境的显著影响。不同的化学键、不同的配位原子、不同的分子构象，都会导致g因子的微小变化。通过精确测量g因子，我们可以判断未成对电子的存在形式，例如自由基、过渡金属离子或缺陷中心。 除了g因子，超精细结构（Hyperfine Structure, HFS）则是EPR谱中另一项至关重要的信息来源。当未成对电子的磁矩与周围原子核的磁矩相互作用时，就会导致EPR信号发生分裂，形成一系列精细的谱线。这些核磁矩来自于具有核自旋的原子核，例如¹H、¹³C、¹⁴N、¹⁷O等。超精细分裂的模式和强度，直接反映了未成对电子与核之间的耦合强度，从而可以揭示出未成对电子在分子中的空间分布、键合性质以及邻近的原子核信息。例如，一个自由基与周围的氢原子存在超精细耦合，就会在EPR谱中观察到明显的谱线分裂，通过分析分裂的裂距和强度，我们可以推断出自由基的结构和化学性质。 EPR技术的演进：从经典到现代 EPR技术并非一成不变，它随着科学技术的发展而不断演进。早期的EPR技术主要依赖于连续波（Continuous Wave, CW-EPR）模式，这种模式简单易懂，但分辨率和灵敏度有限。随着电子学和计算机技术的发展，脉冲EPR（Pulsed EPR）技术应运而生，并在近几十年里取得了突破性的进展。 脉冲EPR技术通过发射一系列短脉冲的微波，然后检测样品在脉冲后的响应信号，从而能够获取EPR谱的相干信息。与CW-EPR相比，脉冲EPR具有更高的灵敏度和分辨率，能够探测到更短寿命的物种，并且可以精确测量电子自旋的弛豫时间（T₁和T₂），这是CW-EPR难以实现的。例如，二维EPR技术可以通过测量两个不同频率的脉冲信号与样品之间的关联，来解析复杂的超精细耦合网络，从而精确地确定未成对电子的配位环境和空间距离。EPR成像则能够将EPR信号与空间位置关联起来，实现对样品内部微观结构的二维甚至三维成像，这在生物医学领域具有巨大的应用潜力。 EPR的广阔应用领域：无所不在的探索 EPR技术以其独特的洞察力，在众多学科领域展现出强大的生命力，成为解决科学难题、推动技术创新的重要工具。 化学领域： EPR是研究自由基、顺磁性金属配合物、氧化还原反应机理以及催化过程的强大工具。通过EPR，科学家们可以实时监测反应中间体的产生和转化，揭示复杂的反应路径，从而指导新型催化剂的设计和合成。例如，在有机合成中，自由基反应是许多重要转化的关键步骤，EPR可以帮助我们理解自由基的生成、传播和终止过程，为优化反应条件提供依据。 生物学和生物化学领域： EPR在生命科学中的应用尤为广泛。它被用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸）的结构和功能，特别是涉及金属离子中心或具有顺磁性的辅基的蛋白质。通过在特定氨基酸残基上引入顺磁性探针（spin labeling），EPR可以探测蛋白质的构象变化、动力学过程以及与小分子配体的相互作用，从而揭示蛋白质折叠、酶催化、信号转导等生命过程的微观机制。例如，研究膜蛋白的结构和动态，或者探测DNA损伤的位点，EPR都发挥着不可替代的作用。 材料科学领域： EPR在半导体材料、磁性材料、超导体以及复合材料的研究中也扮演着重要角色。它可以用来表征材料中的缺陷、掺杂物、自由基缺陷以及电子传输过程。例如，在半导体材料中，EPR可以识别和定量分析缺陷态，这对于理解和优化器件性能至关重要。在磁性材料中，EPR可以提供关于磁畴结构、磁性离子相互作用以及磁弛豫机制的信息。 医学和药物研发： EPR技术在疾病诊断和药物研发方面也展现出巨大的潜力。例如，利用EPR探测生物组织中的活性氧物种（ROS）和活性氮物种（RNS），可以帮助理解氧化应激在多种疾病（如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病）中的作用，并为开发抗氧化治疗策略提供线索。此外，EPR也被用于研究药物在体内的代谢过程以及药物与靶点的相互作用。 环境科学： EPR可以用于监测环境污染物，例如研究大气中自由基的形成和转化，或者检测土壤和水中存在的自由基污染物。 《现代电子顺磁共振波谱学及其应用》：一次深入的系统性梳理 本书《现代电子顺磁共振波谱学及其应用》不仅仅是对EPR技术原理的介绍，更是一次系统性的梳理，旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架。它将从EPR的基本原理出发，循序渐进地介绍各种EPR谱学技术的细节，包括： EPR实验仪器的构成与工作原理： 详细阐述微波腔、磁体、探测器等关键部件的功能，以及样品制备和测量流程。 EPR谱的基本解析： 深入剖析g因子、超精细分裂、谱线形状等参数的意义，以及如何从谱图中提取有用的信息。 现代EPR技术的发展： 详细介绍脉冲EPR、二维EPR、EPR成像等先进技术，并阐述其在解决复杂科学问题中的优势。 EPR在各领域的具体应用案例： 精选具有代表性的前沿研究课题，通过生动的案例展示EPR如何在化学、生物、材料、医学等领域发挥关键作用。 EPR数据处理与模拟： 介绍常用的EPR数据分析软件和模拟方法，帮助读者掌握从实验数据到科学结论的转化过程。 本书的目标是让读者不仅能够理解EPR是什么，更能掌握如何利用EPR来解决实际问题。它适合从事相关研究的研究生、科研人员，以及对EPR技术感兴趣的本科生和业余爱好者。通过阅读本书，读者将能够： 建立扎实的EPR理论基础： 深刻理解电子自旋的物理本质以及EPR谱的产生机制。 掌握EPR实验的操作与数据分析： 具备独立设计和执行EPR实验的能力，并能准确解析EPR谱。 领略EPR在科学研究中的前沿应用： 了解EPR如何推动着化学、生物、材料等领域的创新发展。 激发对EPR技术进一步探索的兴趣： 为未来在EPR领域的深入研究打下坚实的基础。 《现代电子顺磁共振波谱学及其应用》是一次通往微观物质世界的深度旅行。在这场旅程中，我们将一同揭示隐藏在电子自旋中的秘密，感受物质世界的无限魅力，并为未来的科学发现与技术进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我一直对EPR在环境科学和食品安全领域的研究很感兴趣，但这本书目前的章节给我一种“挂一漏万”的感觉。我原本希望能找到关于如何利用EPR技术来检测和表征环境污染物（如农药残留、多环芳烃）的自由基中间体，以及如何评估这些污染物对生态系统的潜在危害。我也期望能够了解EPR在食品辐照检测、氧化指示剂研究以及天然抗氧化剂活性评估方面的具体应用案例。例如，如何通过EPR来区分辐照过的食品和未辐照过的食品，或者如何利用EPR来监测食品中的氧化过程，从而评估食品的储存稳定性和质量。书中对这些方面的提及似乎较为零散，未能形成一个系统性的介绍，我希望能够看到更多具体的实验设计、谱图分析和结论解释，来帮助我更好地理解EPR在这些重要领域的实际价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排和内容组织给我留下了一些疑问。我尝试寻找关于EPR技术在研究自由基动力学方面的具体方法论，比如如何通过EPR参数的变化来推断反应速率、中间产物结构以及反应机理。我也期望能看到一些关于EPR在表征金属配合物结构和电子态方面的深入讨论，例如如何利用EPR谱来确定金属离子的氧化态、配位数以及其周围配体的电子性质。此外，对于研究氧化还原过程，EPR作为一种直接检测自由基物种的工具，我希望能看到一些关于如何在不同体系（如电池材料、催化剂）中运用EPR来追踪和理解氧化还原反应的详细案例。这本书中对这些内容的覆盖程度，目前看来似乎还有些不足，或者说，我未能准确地找到我所需要的那些具体应用细节。这本书的页数不少，我希望能更有效地利用这些篇幅，找到真正能指导我研究实践的内容。

评分☆☆☆☆☆

我带着学习EPR在量子计算和量子信息领域的应用目的来阅读这本书，但实际内容让我有些困惑。我原本希望能深入了解EPR如何被用于制备、控制和读出量子比特，以及如何利用EPR来研究固态量子体系中的相干性退相干机制。我还期待能够看到一些关于利用EPR实现量子态制备和操作的具体实验方案，以及如何通过EPR测量来验证量子算法的执行过程。对于像氮-空位（NV）色心这样的热门体系，我希望这本书能提供更详尽的EPR研究方法，包括如何通过EPR谱来表征NV色心的量子态、自旋动力学以及与环境的相互作用。遗憾的是，目前我所阅读的部分，这些内容似乎并未得到充分的展开，或者说，表达方式对我而言不够直观，没有直接点明EPR在这些前沿领域的具体作用和潜力，这让我有些失望。

评分☆☆☆☆☆

这本书我翻了几页，但说实话，里面的内容和我期望的有点出入。我本以为会看到一些关于EPR基础理论的深入探讨，比如自旋哈密顿量、塞曼效应、超精细耦合的详细推导和在不同自旋系统中的应用。我还期待能够找到一些经典的EPR实验案例分析，能够帮助我理解理论如何映射到实际的谱图解读，并且能了解到不同类型EPR谱仪的工作原理和性能指标。另外，我希望能看到一些关于数据处理和谱图模拟的软件介绍和使用技巧，这对于初学者来说会非常有帮助。不过，我看到的内容似乎更多地聚焦于某些特定的应用领域，比如生物医学或者材料科学，虽然这些也很重要，但如果能有一个更全面的理论基础铺垫，我觉得对读者来说会更加友好。也许是我还没翻到最核心的部分，我还需要再花些时间仔细研究一下。书的装帧和纸张质量倒是挺不错的，印刷也很清晰，这让我对它的内容更加期待，希望后续能有所惊喜。

评分☆☆☆☆☆

我主要关注EPR在聚合物材料表征方面的应用，这本书的某些章节让我觉得内容不够聚焦。我希望能找到关于如何利用EPR来研究聚合物自由基的形成、传播和终止过程的详细介绍，例如如何通过EPR谱的变化来确定自由基的种类、浓度以及其在聚合物链上的位置。我还期待能够看到关于EPR在聚合物交联、老化和降解等过程中所扮演角色的深入分析，包括如何通过EPR技术来监测这些过程的进展和影响因素。此外，对于功能性聚合物，比如导电聚合物或光敏聚合物，我希望能了解EPR如何被用来研究其电子结构、电荷传输特性以及光诱导的自由基变化。这本书的某些部分似乎将EPR与更广泛的材料科学概念结合，但对于我这样专注于EPR本身在聚合物领域的具体应用细节的读者来说，显得不够深入和有针对性。

评分☆☆☆☆☆

1.7 线宽和线形

评分☆☆☆☆☆

整体还好，不过感觉不是正版纸张，还那么贵

评分☆☆☆☆☆

4.1.4 增益G以及滤波器时间常数T的选择

评分☆☆☆☆☆

3.1.3 微波谐振腔

评分☆☆☆☆☆

3 电子顺磁共振的实验装置

评分☆☆☆☆☆

1 电子顺磁共振的基本原理

评分☆☆☆☆☆

1.7 线宽和线形

评分☆☆☆☆☆

3.4.1 脉冲EPR技术

评分☆☆☆☆☆

参考文献