Elektronspinresonantie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Elektronspinresonantie (ESR) of elektronische paramagnetische resonantie (EPR) is een spectroscopische techniek waarmee men ongepaarde elektronen in een specimen kan onderzoeken. Dit betekent dat er radicalen in moeten zitten als het om een organisch molecuul gaat of dat het ionen van overgangsmetalen moet bevatten als het gaat om een anorganisch complex. Aangezien de meeste stabiele moleculen een configuratie hebben met gesloten schillen en zonder ongepaarde elektronen, wordt de techniek niet zo wijd gebruikt als kernspinresonantie (NMR).

Principes[bewerken]

De basisgedachte achter de techniek is analoog aan die van NMR, maar in de plaats van de spin van de atoomkern is het de elektronspin die wordt geëxciteerd. Aangezien elektronen heel wat lichter zijn dan nucleonen zijn minder sterke magnetische velden en hogere frequentie nodig vergeleken met NMR. Voor een magnetisch veld van zo'n 0,3 tesla heeft met spinresonantie bij ongeveer 10 GHz (microgolven).

Als een atoom ongepaarde elektronen heeft, ontstaat er een magnetisch moment. In een magneetveld zorgt dit voor Zeemanopsplitsing van de energieniveaus. Bij instraling van elektromagnetische straling van een welbepaalde frequentie zal de straling worden geabsorbeerd. Door meting van deze absorptie kan men heel wat te weten komen over wat er in het onderzochte specimen zit.

In een ESR-meting plaatst men het specimen in een caviteit die de resonantiefrequentie heeft van de ingestraalde microgolven. Dan legt men een magnetisch veld aan dat geleidelijk aan groter wordt. De niveauopsplitsing wordt hierdoor groter en op een gegeven ogenblik is de opsplitsing net gelijk aan de gebruikte microgolffrequentie. Hierbij zullen de paramagnetische atomen in het materiaal de straling absorberen, wat kan wordt gedetecteerd.

Aangezien radicalen zeer reactief zijn, komen ze gewoonlijk niet in hoge concentraties voor in biologische omgeving. Met behulp van een speciaal ontworpen niet-reactieve moleculen met radicalen die zich op specifieke plaatsen in een cel plaatsen, is het mogelijk zeker informatie te krijgen over de omgeving van deze "spinprobe".

Om sommige subtiele details van bepaalde systemen te detecteren, is ESR met hoog veld en hoge frequentie nodig. Gewone ESR is betaalbaar voor een gemiddeld academisch laboratorium, terwijl er slechts weinig wetenschappelijke centra in de wereld hoog veld en hoge frequentie aanbieden. Dit zijn onder andere het Institut Laue-Langevin in het Franse Grenoble en een laboratium in Tallahassee, VS.

Nut[bewerken]

ESR wordt in de vastestoffysica gebruikt voor identificatie of kwantificatie van radicalen (moleculen met ongepaarde elektronen), in chemie om reactiewegen te identificeren alsook in biologie en geneeskunde waar onder andere eiwitten met zogenaamde spinprobes gelabeld worden om zodoende informatie over de structuur en dynamiek te verkrijgen.