их заряджених частинок - електронів і протонів, що входять до складу атомів і молекул речовини. Завдяки обертанню навколо власної осі ці частинки мають спінової магнітний момент. Рухаючись в атомі або молекулі по замкнутої орбіті, електрони набувають орбітальний магнітний момент. Оскільки власний магнітний момент протона приблизно в 1000 разів менше спінового магнітного моменту електрона, магнітні моменти атомів, молекул і макроскопічних тіл визначається в основному спинів і орбітальних електронів [Діндойн, 1973].
Парамагнітни властивостями володіють іони елементів, що мають частково заповнені внутрішні електронні оболонки, наприклад іони перехідних елементів періодичної системи Д.І. Менделєєва (титан, ванадій, мідь та ін.). Перехідними називаються такі елементи, у яких електрони починають заповнювати зовнішню (валентну) оболонку ( s орбіталь) перш, ніж будуть заповнені внутрішні d - і f-оболонки. Електронна конфігурація металевого ванадію це: 3d 3 4s 2. Також можливі й інші його валентні стани: +2 3d 3 4s o - парамагнитен;
електронний парамагнітний резонанс нафту
V +3 3d 3 4s o - парамагнитен, через те, що обидва електрона мають однакове направлення спини; +4 3d 3 4s o - парамагнитен; +5 3d 3 4s o - диамагнитен
Крім вищевикладених груп, парамагнітними властивостями володіє невелика кількість молекул з парним числом електронів, але некомпенсованих (наприклад, молекула кисню, що є найпростішим бірадікали - два її валентних електрони володіють паралельними спинами), а також деякі атоми з непарним числом електронів, так звані активні атоми - H, O, N, Na, Ka, які в звичайних умовах не можуть існувати в атомному стані.
Невелику групу парамагнетиков складають центри забарвлення - F-центри, що містять некомпенсовані спини. F-центри - це дефекти, що повідомляють видиму забарвлення кристалів, які за відсутності дефектів були б безбарвними.
Забарвлення обумовлена ??двома станами електронів або їх енергетичними рівнями, різниця енергій яких дорівнює енергії фотона, (частота? лежить у видимій області спектра).
При відсутності зовнішнього магнітного поля, внаслідок хаотичного теплового руху частинок, їх магнітні моменти спрямовані безладно, і між носіями магнітних моментів або немає взаємодії зовсім, або існує вельми слабка взаємодія, і результуючий момент практично дорівнює нулю [Унгер , Андрєєва, 1995].
При накладенні зовнішнього постійного магнітного поля парамагнітні частинки набувають певний напрям (паралельно або антипараллельно зовнішньому полю).
При цьому відбувається явище Зеемана, що полягає в расцеплении основного енергетичного рівня частинки на (2s + 1) підрівнів, окремих один від одного інтервалами енергій рівною:
? E=g? H,
де s - квантове число частинки (у випадку одного некомпенсованого електрона s =?); g - фактор спектроскопічного розчеплення парамагнітної частки; ?- Магнітний момент електрона, обумовлений наявністю спина і рівний 0,9273 * 10 - 20 ерг/е. H - напруженість постійного магнітного поля в ерстедах.
Розподіл електронів по подуровням відбувається відповідно до закону Больцмана:
=exp (-),
де n1 і n2 - число електронів відповідно на верхньому і нижньому енергетичному рівні; K - константа Больцмана; Т - абсолютна температура. Згідно з цим законом, n2 завжди більше n1 на величину, яка залежить від типу парамагнітної частки (у випадку одного некомпенсованого електрона ця різниця становить близько 0,2%).
Суть відкриття вченого Завойського Є.К. полягала в тому, що при подачі на парамагнітний зразок, поміщений в постійне магнітне поле, змінного магнітного поля з частотою?, спрямованого перпендикулярно до постійного магнітному полю за умови, що:
? =G? H,
де h - постійна Планка (або квант дії), рівна 6,624 * 10-27 ерг * сек; ?- Частота електромагнітного поля в герцах, з рівною ймовірністю індукуються переходи електронів між двома сусідніми рівнями [Унгер, Андрєєва, 1995].
Так як рівні населені по-різному, то число актів поглинання енергії перевищить число актів вимушеного випромінювання, і в результаті речовина буде поглинати енергію поля. І при такому поглинанні населеність рівнів n1 і n2, буде прагнути вирівнятися, що призводить до порушення больцманівського рівноваги розподілу. Процес поглинання енергії надвисокої частоти (далі НВЧ) відразу б припинився і спектр ЕПР не зареєстровані, якби не існував інший механізм, який повертає електрони з верхнього рівня на нижній. Механізм цих неіндуцірованних переходів пов'язаний з релаксаційним процесами, які діють і у відсутності СВЧ-поля. Явище спин-граткових релаксації полягає в передачі надлишкової енергі...
