Kas ir elektronu griešanās rezonanse?

Elektrons nes lādiņu un griežas. Tāpēc tas izraisa magnētisko momentu. Ja elektronu novieto ārējā magnētiskajā laukā, elektrona magnētiskais moments saskaņosies ar magnētiskā lauka virzienu. Elektronam ir iespējams arī izlīdzināties magnētiskā lauka pretējā virzienā, taču tas prasa vairāk enerģijas un nav elektrona dabiskais stāvoklis. Tas ir elektronu griešanās rezonanses zinātniskais pamats.

Izmantojot ESR, viela ar molekulām, kurām ir papildu vai nesapāroti elektroni, tiek ievietota magnētiskajā laukā, un tai tiek pielietota enerģija, parasti mikroviļņu veidā. Nesapārotie elektroni absorbēs elektromagnētisko enerģiju un pāries uz augstākas enerģijas stāvokli, pārkārtojot savus magnētiskos momentus, lai tie būtu pretēji ārēji pielietotajam magnētiskajam laukam. Elektronu absorbētās enerģijas frekvence norāda uz tās molekulas ķīmisko struktūru, kurai tie ir pievienoti. Tādā veidā elektronu griešanās rezonansi var izmantot dažādu materiālu ķīmiskā sastāva noteikšanai.

Ir svarīgi, lai vielai būtu nepāra elektroni. Tas ir tāpēc, ka pārī savienotajiem elektroniem saskaņā ar Pauli izslēgšanas principu būs griešanās pretējos virzienos, un tāpēc tiem nebūs neto magnētiskā momenta. Šie materiāli ir pazīstami kā diamagnētiski un nav piemēroti ESR.

Tāpat kā ar citām rezonanses spektroskopijas metodēm, elektronu griešanās rezonansē izmantotajiem elektroniem ir jāļauj atslābināties un atgriezties to zemākās enerģijas stāvokļos. Ja nē, visi elektroni tiks satraukti un turpmāka absorbcija nebūs iespējama. Šajā gadījumā nebūs ko mērīt, un līdz ar to netiks ražots signāls. Spin-režģa relaksācija, kad elektrons dod enerģiju apkārtējai videi, un spin-spin relaksācija, kad elektrons dod enerģiju citam elektronam, ir divas metodes, ar kurām var notikt relaksācija.

ESR ir īpaši piemērots brīvo radikāļu noteikšanai, kas ir ļoti reaktīvu molekulu kopums ar nepāra elektroniem. Ir zināms, ka brīvie radikāļi izraisa vairākas slimības, saindēšanos un pat vēzi. Tie arī izraisa zobu emaljas bojāšanos zināmā ātrumā, kas nozīmē, ka elektronu griešanās rezonansi var izmantot zobu un, attiecīgi, cilvēku datu datēšanai. Pārmērīgs brīvo radikāļu daudzums ir arī alū un vīnā, kuru derīguma termiņš ir beidzies.

ESR ir arī vadošais kandidāts vairākās progresīvās tehnoloģijās. Tie ietver mākslīgo fotosintēzi un kvantu skaitļošanu. Pēdējā, precīzi noregulējot ESR, lai tas strādātu ar vienu elektronu, nevis elektronu grupu, var izveidot loģiskos vārtus, kas atbilst elektrona magnētiskā momenta enerģijas stāvokļiem.