電子でんし自じ旋共振きょうしん

電子でんし順じゅん磁共振きょうしん（electron paramagnetic resonance，EPR），又また称たたえ電子でんし自じ旋共振きょうしん（electron spin resonance，ESR），1944年ねん被かむ蘇そ聯れん物理ぶつり學がく家か葉は夫おっと根ね尼あま·扎沃伊い斯基發現はつげん，是ぜ屬ぞく於自じ旋1/2粒子りゅうし的てき電子でんし在ざい靜せい磁場じば下しも发生的てき磁共振きょうしん現象げんしょう。因よし为類似るいじ靜せい磁場じば下か自じ旋1/2原子核げんしかく核かく磁共振きょうしん的てき現象げんしょう，又また因いん利用りよう到いた電子でんし的てき順じゅん磁性じせい，故こ曾稱作さく“電子でんし順じゅん磁共振きょうしん”。 44 由よし於分子ぶんし中なか的てき電子でんし多數たすう是ぜ成なり對たい存在そんざい，根據こんきょ泡あわ利り不ふ相あい容よう原理げんり，每まい个電子でんし对中なか的てき两个电子必為一いち個こ自じ旋向上こうじょう，另一いち個こ自じ旋向下か，所以ゆえん磁性じせい互相抵消。因よし此只有ゆう拥有不ふ成なり對たい電子でんし存在そんざい的てき粒子りゅうし（例れい如過渡かと元素げんそ中なか重金屬じゅうきんぞく原子げんし或ある自由じゆう基もと），才能さいのう表現ひょうげん磁共振きょうしん。

雖然电子自じ旋共振きょうしん的てき原理げんり与あずか核かく磁共振きょうしん的てき类似，但ただし由よし於電子でんし的てき質量しつりょう遠輕えんがる於原子核げんしかく的てき质量，所以ゆえん电子有ゆう较大的てき磁矩。以氫原子核げんしかく（質しつ子こ）為ため例れい，電子でんし磁矩強度きょうど是ぜ其659.59倍ばい。因よし此對於電子こ，磁共振きょうしん所在しょざい的てき拉ひしげ莫頻率りつ通常つうじょう需要じゅよう透過とうか減げん弱じゃく主ぬし磁場じば強度きょうど來らい使つかい之の降くだ低てい。但ただし即そく使つかい如此，拉ひしげ莫頻率りつ通常つうじょう所在しょざい波は段だん仍比核かく磁共振きょうしん拉ひしげ莫頻率りつ所在しょざい的てき射い頻しき範圍はんい還かえ要よう高こう（通常つうじょう是ぜ在ざい微ほろ波なみ的てき波なみ段だん），因いん此有穿ほじ透とおる力りょく以及對たい帶たい有ゆう水みず分子ぶんし的てき樣さま品ひん有ゆう加熱かねつ可能かのう的てき潛在せんざい問題もんだい，在ざい進行しんこう人體じんたい造影ぞうえい時じ則のり需要じゅよう改變かいへん方法ほうほう。舉例而言，0.3T的てき主しゅ磁場じば下か，電子でんし共振きょうしん頻しき率りつ發生はっせい在ざい8.41GHz，而對於常用じょうよう的てき核かく磁共振きょうしん核種かくしゅ——質しつ子こ而言，在ざい這樣強度きょうど的てき磁場じば下か，其共振きょうしん頻しき率りつ仅為12.77MHz。

应用

EPR應用おうよう在ざい多た個こ領域りょういき，其中包括ほうかつ：

• 固かた態たい物理ぶつり， 辨べん識與定量ていりょう自由じゆう基もと分子ぶんし（即そく帶たい有ゆう不ふ成なり對たい電子でんし的てき分子ぶんし）。
• 化學かがく，用よう以偵測はか反應はんのう路ろ徑みち。
• 生物せいぶつ醫学いがく領域りょういき，用もちい在ざい標記ひょうき生物せいぶつ性せい自じ旋探子こ。另外在がいざい造影ぞうえい方面ほうめん另有用途ようと，參まいり見み下方かほう說明せつめい。
• 晶あきら体からだ学がく，用もちい来らい进行晶あきら体からだ内部ないぶ缺陷けっかん的てき局部きょくぶ结构之の研究けんきゅう。一般いっぱん须配合はいごう测角器き（Goniometer）。

一般いっぱん而言，自由じゆう基もと在ざい化學かがく上じょう是ぜ具有ぐゆう高度こうど反應はんのう力りょく，而在正常せいじょう生物せいぶつ環境かんきょう中ちゅう並なみ不ふ會かい以高濃度のうど出現しゅつげん。若わか採用さいよう特別とくべつ設計せっけい的てき不ふ反應はんのう自由じゆう基もと分子ぶんし，將之まさゆき附ふ著ちょ在ざい生物せいぶつ細胞さいぼう的てき特定とくてい位置いち，就有可能かのう得え到いた這些所謂いわゆる“自じ旋標記ひょうき”或ある“自じ旋探子こ”分子ぶんし附近ふきん的てき環境かんきょう。

理論りろん

訊號來らい源げん

電子でんし的てき自じ旋為ため $s={\tfrac {1}{2}}$ ，自じ旋投影とうえい量子りょうし數すう可か以是 $m_{\mathrm {s} }=+{\tfrac {1}{2}}$ 或ある $m_{\mathrm {s} }=-{\tfrac {1}{2}}$ 。 在外ざいがい加か磁場じば強度きょうど為ため $B_{\mathrm {0} }$ 時とき，電子でんし磁矩會かい順じゅん向こう平行へいこう（$m_{\mathrm {s} }=-{\tfrac {1}{2}}$）或ある反はん向こう平行へいこう ($m_{\mathrm {s} }=+{\tfrac {1}{2}}$) 於該磁場じば，兩りょう種たね情じょう形がた具有ぐゆう的てき能のう量りょう不同ふどう（見み塞ふさが曼效應おう），與あずか磁場じば同どう向むこう的てき電子でんし能のう階かい較低。 兩個りゃんこ能のう階かい的てき能のう量りょう相差おうさつ$\Delta E=g_{\mathrm {e} }\mu _{\mathrm {B} }B_{\mathrm {0} }$ ，$g_{\mathrm {e} }$為ため電子でんし的てき“g因子いんし”（朗ろう德とくg因子いんし）、$\mu _{\mathrm {B} }$是これ波なみ耳みみ磁元。這個方程式ほうていしき顯示けんじ兩りょう能のう階かい的てき差さ值與磁場じば強度きょうど呈てい正せい比ひ，如下圖ず。

電子でんし能のう階かい分裂ぶんれつ

未成みせい對たい的てき電子でんし可か以在吸收きゅうしゅう或ある放出ほうしゅつ電磁波でんじは能のう量りょう $\varepsilon =h\nu$ 後ご，在ざい兩りょう能のう階かい間あいだ移動いどう。吸收きゅうしゅう到いた（或ある放出ほうしゅつ）的てき能のう量りょう必須ひっす與あずか轉換てんかん能のう階かい後ご能のう量りょう變化へんか相しょう同どう，也就是ぜ $\varepsilon =\Delta E$ ，此即共振きょうしん條件じょうけん。代入だいにゅう $\varepsilon =h\nu$ 和わ $\Delta E=g_{\mathrm {e} }\mu _{\mathrm {B} }B_{\mathrm {0} }$ ，我わが們可以得到いた電子でんし順じゅん磁共振きょうしん的てき基礎きそ公式こうしき：$h\nu =g_{\mathrm {e} }\mu _{\mathrm {B} }B_{\mathrm {0} }$ 。實驗じっけん上じょう，非常ひじょう多種たしゅ頻しき率りつ和わ磁場じば的てき組合くみあい都と能のう滿足まんぞく此公式しき，但ただし大だい多量たりょう測はか都と是ぜ用よう9,000–10,000 MHz（9–10 GHz）範圍はんい的てき微ほろ波なみ進行しんこう，其對應おう的てき磁場じば大約たいやく為ため3500 G（0.35 T）。

理論りろん上じょう，改變かいへん照射しょうしゃ在ざい樣さま品ひん上じょう的てき光子こうし頻しき率りつ而磁場じょう不變ふへん，或ある者もの相反あいはん，都と可か以得到いた電子でんし順じゅん磁共振きょうしん光こう譜ふ。但ただし實際じっさい上じょう通常つうじょう是ぜ固定こてい頻しき率りつ。樣さま品ひん暴露ばくろ在ざい固定こてい頻しき率りつ的てき微ほろ波なみ中ちゅう，然しか後こう開始かいし增強ぞうきょう外がい加か磁場じば。電子でんし能のう階かい相差おうさつ越來ごえく越えつ大だい，直ちょく到いた能のう階かい差さ值與微ほろ波なみ能のう量りょう相しょう同どう，如先前まえ的てき圖ず所しょ示しめせ。此時未成みせい對たい電子でんし能のう在ざい兩りょう能のう階かい間あいだ移動いどう。電子でんし依よ馬うま克かつ士し威たけし-波なみ茲曼分布ぶんぷ而在低能ていのう階かい分布ぶんぷ較多，因いん此整體せいたい而言是ぜ在ざい淨きよし吸收きゅうしゅう微ほろ波なみ能のう量りょう。實驗じっけん時じ即そく是ぜ量りょう測はか此吸收きゅうしゅう值，轉換てんかん得え到いた光ひかり譜ふ。

參さん數すう

• g因子いんし
• A参さん数すう
• D参さん数すう
• E参さん数すう
• a参さん数すう
• F参さん数すう
• P参さん数すう

電子でんし自じ旋共振きょうしん造影ぞうえい

EPR用よう在ざい造影ぞうえい上じょう，理想りそう上じょう是ぜ可か以用在ざい定位ていい人體じんたい中ちゅう所しょ具有ぐゆう的てき自由じゆう基もと，理論りろん上じょう較常出で現在げんざい發はつ炎えん病やまい灶；但ただし目前もくぜん仍處在ざい開發かいはつ階段かいだん，包括ほうかつ訊雜比ひ等ひとし等ひとし問題もんだい待まち解決かいけつ。

参まいり见

• 核かく磁共振きょうしん