Elektronenspinresonanz (EPR)

Die Elektronenspinresonanz (engl. electron paramagnetic resonance, EPR) gehört zusammen mit der bekannteren Kernspinresonanz (engl. nuclear magnetic resonance, NMR) zu den Methoden der magnetischen Resonanzspektroskopie.

Beide Methoden beruhen auf der Ausrichtung  magnetischer Dipolmomente (Elektronen- oder Kernspin) in einem äußeren Magnetfeld und der Möglichkeit, durch elektromagnetische Strahlung entsprechender Wellenlänge (Mikrowelle in der EPR, Radiofrequenz in der NMR) zwischen diesen Einstell-Möglichkeiten Übergänge zu induzieren.

Das Resonanzphänomen der magnetischen Resonanz

Beim Anlegen eines statischen Magnetfeldes B₀ gibt es für einen Elektronenspin S, der mit einem magnetischen Moment μ = -gμ_BS verknüpft ist, zwei Einstellmöglichkeiten für die Komponente des magnetischen Moments bezüglich der Richtung des Feldes B₀, die sich energetisch um

unterscheiden. μ_B ist das Bohrsche Magneton und g der molekülspezifische, dimensionslose g-Faktor. In Abhängigkeit vom angelegten Magnetfeld kann man mit senkrecht zu B₀ polarisierten Mikrowellen magnetische Dipolübergänge induzieren und dabei den Spin umklappen. Die Resonanzbedingung lautet dann

Eine graphische Veranschaulichung des Resonanzphänomens der magnetischen Resonanz liefert die folgende Abbildung.

Abbildung: Das Resonanzphänomen in der magnetischen Resonanz. Erläuterungen im Text.

Es gibt eine Reihe verschiedener Verfahren innerhalb der EPR (cw und gepulst, zeitaufgelöst, Doppelresonanz-Methoden etc.), von denen im Folgenden diejenigen herausgegriffen werden, die im Rahmen der hier durchgeführten Forschung Verwendung finden.

Zeitaufgelöste EPR

Ein direktes Verfahren zur Beobachtung der Spindynamik und der Elektronenspinpolarisation (ESP) bei der Entstehung gekoppelter Radikalpaare ist die transiente EPR-Spektroskopie. Meßgröße ist die zeitliche Entwicklung der transienten Magnetisierung.

ENDOR

Ein wichtiges Verfahren zur direkten Messung der Hyperfein-Wechselwirkung ist die Elektron-Kern-Doppelresonanz (engl. electron nuclear double resonance, ENDOR). Hierbei wird ein durch einen eingestrahlten Radiofrequenz-Puls erzeugter Kernspin-Übergang mithilfe der EPR detektiert.

ELDOR

Besonders zur Vermessung von Abständen eignet sich die Elektron-Elektron-Doppelresonanz (engl. electron electron double resonance, ELDOR). Dabei wird ein Elektronenübergang angeregt und die Auswirkung auf ein anderes, gekoppeltes Elektron beobachtet.