Siegel der Universität

Universität zu Köln
line
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

Versuch 1.5 – Elektronenspinresonanz

Printer-friendly versionPDF version
Versuch 1.5: Eine ESR-Arbsorptionslinie, wie sie im Experiment beobachtet wird

Elektronenspinresonanz (ESR, auch paramagnetische Resonanz EPR) ist eine Hochfrequenzspektroskopiemethode, die der Untersuchung der Eigenschaften paramagnetischer Stoffe dient. Dazu wird die resonante Absorption von Mikrowellen in einer Probe in einem äußeren Magnetfeld gemessen: Bringt man eine Probe mit permanentem magnetischem Moment (also mit ungepaarten, quasifreien Elektronen) in ein Magnetfeld, so spalten sich die entarteten Energiezustände auf (Zeeman-Effekt). Bei der ESR werden Übergänge zwischen den Zeeman-Niveaus gleicher Hauptquantenzahl beobachtet: Durch Bestrahlung mit einer Mikrowelle, deren Energie der Aufspaltung der Niveaus entspricht, kommt es zur Absorption.

In der Praxis wird die zu untersuchende Probe in einem veränderlichen Magnetfeld mit Mikrowellen fester Frequenz bestrahlt. Das aufgezeichnete Absorptionsspektrum erlaubt Rückschlüsse auf die magnetische Umgebung der magnetischen Momente und damit auf den Landé-Faktor (g-Faktor), die Fein- und Hyperfeinstruktur der Valenzelektronen, Kopplungsmechanismen zwischen magnetischen Dipolen in der untersuchten Verbindung usw. Die große Bedeutung der Methode liegt in der hohen Empfindlichkeit, so können noch 1011 ungepaarte Elektronen pro cm³ nachgewiesen werden.

Dieser Versuch soll die Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment des Elektrons und elektromagnetischer Strahlung illustrieren. Mit einer Helmholtzspulenanordnung wird in einem Resonator ein homogenes Magnetfeld erzeugt. Die Absorption der eingestrahlten Hochfrequenz in einer DPPH-Probe (Diphenylpicrylhydrazyl) wird am Oszilloskop beobachtet. Ziel des Versuchs ist es, aus der gemessenen Stromstärke in der Spulenanordnung den Landé'schen g-Faktor zu bestimmen.