Técnica de espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica

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BC 1707 - MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENGENHARIA

DENIS TAMIJI TAKAHASHI

LEANDRO ANTÔNIO DE OLIVEIRA

MARCOS EUZÉBIO

SEMINÁRIO

EPR

Relatório apresentado à Universidade Federal do ABC como parte dos requisitos para aprovação na disciplina de Métodos Experimentais em Engenharia do curso de Bacharelado em Ciência & Tecnologia.

Prof. Dr Humberto N. Yoshimura.

SANTO ANDRÉ – SP

AGOSTO – 2010

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Instrumento operacional de EPR.        

Figura 2- Espectro de EPR (Absorção X Campo magnético aplicado) de amostra de sangue.        

Figura 3- Esquema comum de um equipamento EPR.        

Figura 4- Espectro de absorção de EPR e sua primeira derivada.        

Figura 5- Precessão do vetor S do spin sob campo magnético B na direção z.        

Figura 6- O momento magnético intrínseco do elétron num campo magnético aplicado tem duas orientações possíveis, as quais correspondem a dois valores da energia potencial magnética.        

Figura 7- Separação elétron-Zeeman em função da força do campo magnético B e da condição de ressonância.        

Figura 8- Modelo análogo mecânico para o EPR.        

Figura 9- Na ausência de um campo magnético (esquerda), um elétron desemparelhado de um        

Figura 10- a) O espectro RSE de um elétron não emparelhado em um átomo com spin nuclear igual a zero apresenta uma única absorção. Porém, (b) um elétron em um átomo com spin nuclear diferente de zero apresenta múltiplas absorções por causa da interação do spin do elétron com o spin nuclear. Esta interação é chamada de acoplamento hiperfino. A quantidade de acoplamento é medida pela constante de acoplamento hiperfino, a. Nesse caso, o elétron está em um átomo com I = 1⁄2.        

Figura 11- Espectro do radical CH3. A linha é separada igualmente pelos três hidrogênios, dando origem a quatro linhas de intensidade 1:3:3:1 com acoplamento hiperfino de constante α.        

Figura 12- Espectros de EPR de alecrim e coentro de amostras não irradiadas, irradiadas a 10 kGy (centro) e 20 kGy  (inferior).        

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

EPR	Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica
ESR	Ressonância paramagnética eletrônica
CW	Onda contínua
CW-EPR	Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica de ondas contínuas
FID	Free Induction Decay (decaimento livre de indução)
AFC	Controle Automático de Frequência

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS        

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS        

1.        INTRODUÇÃO        

2.        CARACTERÍSTICAS EXPERIMENTAIS DO EQUIPAMENTO        

3.        PRINCÍPIOS FÍSICOS E INTERAÇÕES MAGNÉTICAS: SPIN E MOMENTO MAGNÉTICO DO ELÉTRON        

4.        FATORES QUE AFETAM O ESPECTRO DE EPR        

4.1.        Acoplamento Hiperfino        

4.2.        Anisotropia        

5.        APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA EPR        

5.1.        Biodosimetria        

5.2.        Análise de Alimentos Irradiados        

5.3.        Avaliação de Presença de Impurezas em Adubos Orgânicos        

5.4.        Datação Arqueológica        

6.        BIBLIOGRAFIA        

1. INTRODUÇÃO

Desde seu descobrimento em 1945 por Zavoisky, a técnica de espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), também conhecida como ESR (ressonância de spin eletrônico), é utilizada nos mais variados campos científicos, sendo uma importante ferramenta de caracterização em ciência dos materiais, biologia e física do estado sólido.  

EPR é um método espectroscópico utilizado no estudo de sistemas possuidores de um momento magnético permanente de origem eletrônica, ou seja, sistemas com átomos, moléculas ou íons que possuam elétrons desemparelhados, além de sistemas com ordenamento magnético, classificados como ferromagnéticos ou antiferromagnéticos. Esses sistemas são frequentemente pesquisados e incluem os radicais livres, metais de transição ou de terras raras, semicondutores e moléculas com estados tripletes excitados.

Na espectroscopia EPR, ondas eletromagnéticas incidem sobre uma amostra e a absorção dessas ondas é medida.  Esta absorção ocorre somente se um campo magnético estiver presente simultaneamente na amostra. Esse campo é necessário para orientar os centros paramagnéticos, os quais podem ser pensados como o equivalente a pequenas bússolas que somente vão ter um campo magnético resultante quando algum campo externo impuser uma direção preferencial, à semelhança do que faz o campo magnético terrestre com a bússola. Esses pequenos magnetos quando têm a sua direção alterada sob a ação de um campo magnético absorvem energia, que em geral apresenta muitas ordens de grandeza menor que a do espectro visível e situa-se na faixa do espectro eletromagnético denominado de região de microondas.

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