इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद

इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस (ईपीआर) या इलेक्ट्रॉन स्पिन रेजोनेंस (ईएसआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी उन सामग्रियों का अध्ययन करने की एक विधि है जिनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। ईपीआर की मूल अवधारणाएं परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) के समान हैं, लेकिन उत्साहित स्पिन (भौतिकी) परमाणु नाभिक के बजाय इलेक्ट्रॉनों के हैं। ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी धातु परिसरों और कार्बनिक रेडिकल्स के अध्ययन के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। EPR को पहली बार 1944 में सोवियत संघ के भौतिक विज्ञानी येवगेनी ज़ावोस्की द्वारा कज़ान स्टेट यूनिवर्सिटी में देखा गया था, और उसी समय ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय में ब्रेबिस ब्लैनी द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित किया गया था।



एक ईपीआर सिग्नल की उत्पत्ति
प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में एक चुंबकीय क्षण और स्पिन क्वांटम संख्या होती है $$ s = \tfrac{1}{2} $$, चुंबकीय घटकों के साथ $$ m_\mathrm{s} = + \tfrac{1}{2} $$ या $$ m_\mathrm{s} = - \tfrac{1}{2} $$. ताकत के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में $$ B_\mathrm{0} $$, इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण स्वयं को या तो समानांतर रूप से संरेखित करता है ($$ m_\mathrm{s} = - \tfrac{1}{2} $$) या समानांतर ($$ m_\mathrm{s} = + \tfrac{1}{2} $$) क्षेत्र के लिए, Zeeman प्रभाव के कारण प्रत्येक संरेखण में एक विशिष्ट ऊर्जा होती है:


 * $$E = m_s g_e \mu_\text{B} B_0,$$

कहाँ पे
 * $$ g_e $$ इलेक्ट्रॉन का तथाकथित जी-कारक (भौतिकी) है|जी-कारक (लैंडे जी-फैक्टर भी देखें|लैंडे जी-फैक्टर), $$ g_\mathrm{e} = 2.0023$$ मुक्त इलेक्ट्रॉन के लिए,
 * $$ \mu_\text{B} $$ बोहर मैग्नेटन है।

इसलिए, निचले और ऊपरी राज्य के बीच अलगाव है $$ \Delta E = g_e \mu_\text{B} B_0 $$ अयुग्मित मुक्त इलेक्ट्रॉनों के लिए। इस समीकरण का तात्पर्य है (क्योंकि दोनों $$ g_e $$तथा $$ \mu_\text{B} $$ स्थिर हैं) कि ऊर्जा स्तरों का विभाजन चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के सीधे आनुपातिक है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के फोटॉन को अवशोषित या उत्सर्जित करके अपने इलेक्ट्रॉन स्पिन को बदल सकता है $$ h \nu $$ ऐसा है कि अनुनाद की स्थिति, $$ h \nu = \Delta E $$, पालन किया जाता है। यह ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के मौलिक समीकरण की ओर जाता है: $$ h \nu = g_e \mu_\text{B} B_0 $$.

प्रायोगिक तौर पर, यह समीकरण आवृत्ति और चुंबकीय क्षेत्र के मूल्यों के एक बड़े संयोजन की अनुमति देता है, लेकिन ईपीआर माप का बड़ा हिस्सा 9000-10000 मेगाहर्ट्ज (9-10 गीगाहर्ट्ज) क्षेत्र में माइक्रोवेव के साथ बनाया जाता है, जिसमें लगभग 3500 गॉस (इकाई) के अनुरूप क्षेत्र होते हैं। (0.35 टेस्ला (इकाई))। इसके अलावा, ईपीआर स्पेक्ट्रा चुंबकीय क्षेत्र को स्थिर रखते हुए या रिवर्स करते समय या तो एक नमूने पर फोटॉन आवृत्ति घटना को बदलकर उत्पन्न किया जा सकता है। व्यवहार में, यह आमतौर पर आवृत्ति होती है जिसे स्थिर रखा जाता है। पैरामैग्नेटिक केंद्रों का एक संग्रह, जैसे कि मुक्त कण, एक निश्चित आवृत्ति पर माइक्रोवेव के संपर्क में आते हैं। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाकर, के बीच का अंतर $$ m_\mathrm{s} = + \tfrac{1}{2} $$ तथा $$ m_\mathrm{s} = - \tfrac{1}{2} $$ जब तक यह माइक्रोवेव की ऊर्जा से मेल नहीं खाता, तब तक ऊर्जा की स्थिति को चौड़ा किया जाता है, जैसा कि ऊपर दिए गए चित्र में दोहरे तीर द्वारा दर्शाया गया है। इस बिंदु पर अयुग्मित इलेक्ट्रॉन अपनी दो स्पिन अवस्थाओं के बीच गति कर सकते हैं। चूंकि मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मान वितरण (नीचे देखें) के कारण निचले राज्य में आमतौर पर अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए ऊर्जा का शुद्ध अवशोषण होता है, और यह अवशोषण है जिसे मॉनिटर किया जाता है और स्पेक्ट्रम में परिवर्तित किया जाता है। नीचे का ऊपरी स्पेक्ट्रम एक अलग चुंबकीय क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की एक प्रणाली के लिए सिम्युलेटेड अवशोषण है। निचला स्पेक्ट्रम अवशोषण स्पेक्ट्रम का पहला व्युत्पन्न है। उत्तरार्द्ध निरंतर तरंग ईपीआर स्पेक्ट्रा को रिकॉर्ड और प्रकाशित करने का सबसे आम तरीका है।

9388.4 मेगाहर्ट्ज की माइक्रोवेव आवृत्ति के लिए, अनुमानित प्रतिध्वनि लगभग के चुंबकीय क्षेत्र में होती है $$ B_0 = h \nu / g_e \mu_\text{B} $$ = 0.3350 टी = 3350 जी

इलेक्ट्रॉन-परमाणु द्रव्यमान अंतर के कारण, इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण किसी भी नाभिक के लिए संबंधित मात्रा से काफी बड़ा होता है, इसलिए एक नाभिक की तुलना में इलेक्ट्रॉन के साथ स्पिन अनुनाद लाने के लिए बहुत अधिक विद्युत चुम्बकीय आवृत्ति की आवश्यकता होती है। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत। उदाहरण के लिए, ऊपर दिखाए गए 3350 जी के क्षेत्र के लिए, स्पिन प्रतिध्वनि एक इलेक्ट्रॉन के लिए 9388.2 मेगाहर्ट्ज के करीब होती है, जबकि इसके लिए केवल 14.3 मेगाहर्ट्ज की तुलना में स्पिन प्रतिध्वनि होती है। 1H नाभिक। (एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए, संबंधित अनुनाद समीकरण है $$ h\nu = g_\mathrm{N} \mu_\mathrm{N} B_0$$ कहाँ पे $$g_\mathrm{N}$$ तथा $$ \mu_\mathrm{N} $$ अध्ययन के तहत केन्द्रक पर निर्भर करता है।)

फील्ड मॉडुलन
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है कि ईपीआर स्पेक्ट्रम को आमतौर पर अवशोषण के पहले व्युत्पन्न के रूप में सीधे मापा जाता है। यह फील्ड मॉड्यूलेशन का उपयोग करके पूरा किया जाता है। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में 100 kHz की विशिष्ट आवृत्ति पर एक छोटा अतिरिक्त दोलनशील चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है। शिखर से शिखर आयाम का पता लगाकर अवशोषण का पहला व्युत्पन्न मापा जाता है। फेज़ सेंसिटिव डिटेक्शन का उपयोग करके केवल समान मॉड्यूलेशन (100 kHz) वाले सिग्नल का पता लगाया जाता है। इसके परिणामस्वरूप शोर अनुपात के लिए उच्च संकेत मिलता है। नोट फील्ड मॉड्यूलेशन निरंतर तरंग ईपीआर माप के लिए अद्वितीय है और स्पंदित प्रयोगों से उत्पन्न स्पेक्ट्रा को अवशोषण प्रोफाइल के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

एक ही विचार पाउंड-ड्रेवर-हॉल तकनीक के तहत लेज़रों की आवृत्ति को उच्च-चालाकी वाले ऑप्टिकल कैविटी में लॉक करने के लिए है।

मैक्सवेल-बोल्ट्जमैन वितरण
व्यवहार में, ईपीआर नमूनों में कई अनुचुंबकीय प्रजातियों के संग्रह होते हैं, न कि एकल पृथक अनुचुंबकीय केंद्र। यदि रेडिकल की जनसंख्या थर्मोडायनामिक संतुलन में है, तो इसका सांख्यिकीय वितरण मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मान वितरण द्वारा वर्णित है। मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मान समीकरण:


 * $$\frac{ n_\text{upper} }{ n_\text{lower} } = \exp{ \left( -\frac{ E_\text{upper}-E_\text{lower} }{ kT } \right) } = \exp{ \left( -\frac{ \Delta E }{ kT } \right) } = \exp{ \left( -\frac{ \epsilon }{ kT } \right) } = \exp{ \left( -\frac{ h\nu }{ kT }\right) }$$

कहाँ पे $$n_\text{upper}$$ ऊपरी ऊर्जा राज्य पर कब्जा करने वाले अनुचुंबकीय केंद्रों की संख्या है, $$k$$ बोल्ट्जमान स्थिरांक है, और $$T$$ थर्मोडायनामिक तापमान है। 298 K पर, X-बैंड माइक्रोवेव आवृत्तियों ($$\nu$$ 9.75 गीगाहर्ट्ज़) दे $$n_\text{upper} / n_\text{lower}$$ 0.998, जिसका अर्थ है कि ऊपरी ऊर्जा स्तर में निचले स्तर की तुलना में थोड़ी कम आबादी होती है। इसलिए, निचले से उच्च स्तर पर संक्रमण रिवर्स की तुलना में अधिक संभावित है, यही वजह है कि ऊर्जा का शुद्ध अवशोषण होता है।

ईपीआर विधि की संवेदनशीलता (यानी, पता लगाने योग्य स्पिन की न्यूनतम संख्या $$N_\text{min}$$) फोटॉन आवृत्ति पर निर्भर करता है $$\nu$$ के अनुसार


 * $$N_\text{min} = \frac{k_1V}{Q_0k_f \nu^2 P^{1/2}}, \qquad \text{(Eq. 2)}$$

कहाँ पे $$k_1$$ एक स्थिरांक है, $$V$$ नमूना की मात्रा है, $$Q_0$$ माइक्रोवेव कैविटी (नमूना कक्ष) का अनलोडेड क्यू फैक्टर है, $$k_f$$ गुहा भरने का गुणांक है, और $$P$$ स्पेक्ट्रोमीटर गुहा में माइक्रोवेव शक्ति है। साथ $$k_f$$ तथा $$P$$ स्थिरांक होना, $$N_\text{min}$$ ~ $$(Q_0\nu^2)^{-1}$$, अर्थात।, $$N_\text{min}$$ ~ $$\nu^{-\alpha}$$, कहाँ पे $$\alpha$$ ≈ 1.5. प्रयोग में, $$\alpha$$ स्पेक्ट्रोमीटर विशेषताओं, अनुनाद स्थितियों और नमूना आकार के आधार पर 0.5 से 4.5 तक भिन्न हो सकते हैं।

इसलिए कम पता लगाने की सीमा के साथ एक बड़ी संवेदनशीलता प्राप्त की जाती है $$N_\text{min}$$ और बड़ी संख्या में स्पिन। इसलिए, आवश्यक पैरामीटर हैं:
 * Eq को अधिकतम करने के लिए एक उच्च स्पेक्ट्रोमीटर आवृत्ति। 2. सामान्य आवृत्तियों पर चर्चा की जाती है इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद#उच्च-क्षेत्र उच्च-आवृत्ति माप
 * कम तापमान ऊर्जा के उच्च स्तर पर स्पिन की संख्या को कम करने के लिए जैसा कि समीकरण में दिखाया गया है। 1. यह स्थिति बताती है कि स्पेक्ट्रा को अक्सर तरल नाइट्रोजन या तरल हीलियम के क्वथनांक पर नमूने पर क्यों दर्ज किया जाता है।

वर्णक्रमीय पैरामीटर
वास्तविक प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉन आमतौर पर एकान्त नहीं होते हैं, लेकिन एक या एक से अधिक परमाणुओं से जुड़े होते हैं। इसके कई महत्वपूर्ण परिणाम हैं:
 * 1) एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन कोणीय गति प्राप्त कर सकता है या खो सकता है, जो इसके जी-कारक के मूल्य को बदल सकता है, जिससे यह भिन्न हो सकता है $$ g_e $$. यह संक्रमण-धातु आयनों के साथ रासायनिक प्रणालियों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
 * 2) कई अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले सिस्टम इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन का अनुभव करते हैं जो ठीक संरचना को जन्म देते हैं। इसे शून्य क्षेत्र विभाजन और विनिमय अंतःक्रिया के रूप में महसूस किया जाता है, और यह परिमाण में बड़ा हो सकता है।
 * 3) गैर-शून्य परमाणु स्पिन वाले नाभिक का चुंबकीय क्षण उस परमाणु से जुड़े किसी भी अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों को प्रभावित करेगा। यह हाइपरफाइन कपलिंग की घटना की ओर जाता है, एनएमआर में जे-कपलिंग | जे-कपलिंग के अनुरूप, ईपीआर अनुनाद सिग्नल को डबल, ट्रिपल और आगे में विभाजित करता है। आस-पास के नाभिक से अतिरिक्त छोटे विभाजन को कभी-कभी सुपरहाइपरफाइन युग्मन कहा जाता है।
 * 4) अपने पर्यावरण के साथ एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन की बातचीत एक ईपीआर वर्णक्रमीय रेखा के आकार को प्रभावित करती है। रेखा आकार, उदाहरण के लिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरों के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकते हैं।
 * 5) परमाणु या अणु में ये प्रभाव (जी-फैक्टर, हाइपरफाइन कपलिंग, जीरो फील्ड स्प्लिटिंग, एक्सचेंज कपलिंग) बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के सभी अभिविन्यासों के लिए समान नहीं हो सकते हैं। यह अनिसोट्रॉपी प्रश्न में परमाणु या अणु (जैसे, मुक्त मूलक) की इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर निर्भर करता है, और इसलिए अयुग्मित इलेक्ट्रॉन वाले परमाणु या आणविक कक्षीय के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है।

जी कारक
Landé g-factor|g-factor का ज्ञान एक अनुचुंबकीय केंद्र की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के बारे में जानकारी दे सकता है। एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन न केवल स्पेक्ट्रोमीटर के अनुप्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करता है $$B_0 $$ लेकिन परमाणुओं या अणुओं के किसी भी स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र के लिए भी। प्रभावी क्षेत्र $$ B_\text{eff} $$ एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव इस प्रकार लिखा जाता है


 * $$B_\text{eff} = B_0(1 - \sigma),$$

कहाँ पे $$ \sigma $$ स्थानीय क्षेत्रों के प्रभाव शामिल हैं ($$\sigma$$ सकारात्मक या नकारात्मक हो सकता है)। इसलिए $$h \nu = g_e \mu_\text{B} B_\text{eff} $$ अनुनाद की स्थिति (ऊपर) को निम्नानुसार फिर से लिखा गया है:


 * $$h\nu = g_e \mu_B B_\text{eff} = g_e \mu_\text{B} B_0 (1 - \sigma).$$

मात्रा $$ g_e(1 - \sigma) $$ निरूपित है $$ g $$ और बस जी-कारक कहा जाता है, ताकि अंतिम अनुनाद समीकरण बन जाए


 * $$h \nu = g \mu_\text{B} B_0.$$

यह अंतिम समीकरण निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है $$ g $$ क्षेत्र और आवृत्ति जिस पर अनुनाद होता है को मापकर एक ईपीआर प्रयोग में। यदि $$ g $$ बराबर नही हैं $$ g_e $$, निहितार्थ यह है कि अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के स्पिन चुंबकीय क्षण का उसके कोणीय गति से अनुपात मुक्त-इलेक्ट्रॉन मान से भिन्न होता है। चूंकि एक इलेक्ट्रॉन का स्पिन चुंबकीय क्षण स्थिर होता है (लगभग बोहर मैग्नेटन), तो इलेक्ट्रॉन ने स्पिन-ऑर्बिट युग्मन के माध्यम से कोणीय गति प्राप्त या खो दी होगी। चूंकि स्पिन-ऑर्बिट युग्मन के तंत्र को अच्छी तरह से समझा जाता है, परिवर्तन की भयावहता परमाणु या आणविक कक्षीय की प्रकृति के बारे में जानकारी देती है जिसमें अप्रकाशित इलेक्ट्रॉन होता है।

सामान्य तौर पर, जी कारक एक अदिश (गणित) नहीं बल्कि एक 3×3 मैट्रिक्स (गणित) है। इस टेंसर की प्रमुख कुल्हाड़ियों को स्थानीय क्षेत्रों द्वारा निर्धारित किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक ठोस या अणु में अप्रकाशित स्पिन के आसपास स्थानीय परमाणु व्यवस्था द्वारा। एक उपयुक्त समन्वय प्रणाली (जैसे, x, y, z) का चयन करने से व्यक्ति को इस टेंसर को विकर्ण करने की अनुमति मिलती है, जिससे इसके घटकों की अधिकतम संख्या 9 से 3 तक कम हो जाती है: gxx, जीyyऔर जीzz. बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ केवल Zeeman अंतःक्रिया का अनुभव करने वाले एकल स्पिन के लिए, EPR प्रतिध्वनि की स्थिति अभिव्यक्ति g द्वारा दी गई हैxxBx+ जीyyBy+ जीzzBz. यहाँ बीx, बीyऔर बीzसमन्वय प्रणाली (x, y, z) में चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के घटक हैं; जैसे-जैसे क्षेत्र को घुमाया जाता है, उनके परिमाण में परिवर्तन होता है, इसलिए अनुनाद की आवृत्ति भी बदल जाती है। बेतरतीब ढंग से उन्मुख स्पिन (एक द्रव समाधान के रूप में) के एक बड़े समूह के लिए, ईपीआर स्पेक्ट्रम में आवृत्ति जी पर विशेषता आकार के तीन शिखर होते हैंxxB0, जीyyB0 और जीzzB0.

प्रथम-व्युत्पन्न स्पेक्ट्रम में, निम्न-आवृत्ति शिखर धनात्मक होता है, उच्च-आवृत्ति शिखर ऋणात्मक होता है, और केंद्रीय शिखर द्विध्रुवी होता है। ऐसी स्थितियां आमतौर पर पाउडर में देखी जाती हैं, और इसलिए स्पेक्ट्रा को पाउडर-पैटर्न स्पेक्ट्रा कहा जाता है। क्रिस्टल में, ईपीआर लाइनों की संख्या ईपीआर स्पिन (जिसे ईपीआर केंद्र कहा जाता है) के क्रिस्टलोग्राफिक रूप से समकक्ष अभिविन्यास की संख्या से निर्धारित होती है।

उच्च तापमान पर, तीन चोटियाँ g. के अनुरूप एक सिंगलेट से मिलती हैंiso, आइसोट्रोपिक के लिए। जी के बीच संबंधiso और घटक हैं:
 * $$(g_\mathrm{iso})^2 = (g_{xx})^2 + (g_{yy})^2 + (g_{zz})^2$$

ईपीआर स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करने में एक प्राथमिक कदम जी. की तुलना करना हैiso मुक्त इलेक्ट्रॉन के लिए जी-कारक के साथ, जीe. धातु आधारित रेडिकल जीiso आमतौर पर g. से काफी ऊपर होता हैe जबकि कार्बनिक मूलक, जीiso ~ जीe.

नमूना स्थान पर स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र के सटीक अनुमान की कमी के कारण जी कारक के निरपेक्ष मूल्य का निर्धारण चुनौतीपूर्ण है। इसलिए, आमतौर पर तथाकथित जी कारक मानकों को ब्याज के नमूने के साथ मापा जाता है। सामान्य स्पेक्ट्रम में, जी कारक मानक की वर्णक्रमीय रेखा का उपयोग नमूने के जी कारक को निर्धारित करने के लिए एक संदर्भ बिंदु के रूप में किया जाता है। जी कारक मानकों के प्रारंभिक अंशांकन के लिए, हर्ब एट अल। ओवरहॉसर शिफ्ट के आधार पर डबल रेजोनेंस तकनीकों का उपयोग करके एक सटीक प्रक्रिया की शुरुआत की।

अति सूक्ष्म युग्मन
चूंकि ईपीआर स्पेक्ट्रम का स्रोत एक इलेक्ट्रॉन की स्पिन स्थिति में बदलाव है, एक रेडिकल (एस = 1/2 सिस्टम) के लिए ईपीआर स्पेक्ट्रम में एक लाइन होगी। अधिक जटिलता उत्पन्न होती है क्योंकि स्पिन जोड़े पास के परमाणु स्पिन के साथ होते हैं। युग्मन का परिमाण युग्मित नाभिक के चुंबकीय क्षण के समानुपाती होता है और युग्मन के तंत्र पर निर्भर करता है। युग्मन की मध्यस्थता दो प्रक्रियाओं द्वारा की जाती है, द्विध्रुवीय (अंतरिक्ष के माध्यम से) और आइसोट्रोपिक (बंध के माध्यम से)।

यह युग्मन अतिरिक्त ऊर्जा अवस्थाओं का परिचय देता है और बदले में, बहु-पंक्तिबद्ध स्पेक्ट्रा। ऐसे मामलों में, ईपीआर वर्णक्रमीय रेखाओं के बीच की दूरी अयुग्मित इलेक्ट्रॉन और परेशान नाभिक के बीच बातचीत की डिग्री को इंगित करती है। एक नाभिक का हाइपरफाइन युग्मन स्थिरांक सीधे वर्णक्रमीय रेखा रिक्ति से संबंधित होता है और, सरलतम मामलों में, अनिवार्य रूप से रिक्ति ही होता है। दो सामान्य तंत्र जिनके द्वारा इलेक्ट्रॉन और नाभिक परस्पर क्रिया करते हैं, वे हैं फर्मी संपर्क अंतःक्रिया और द्विध्रुवीय अंतःक्रिया। पूर्व काफी हद तक आइसोट्रोपिक इंटरैक्शन (चुंबकीय क्षेत्र में नमूना अभिविन्यास से स्वतंत्र) के मामले में और बाद में अनिसोट्रोपिक इंटरैक्शन (चुंबकीय क्षेत्र में नमूना अभिविन्यास पर निर्भर स्पेक्ट्रा) के मामले में लागू होता है। स्पिन ध्रुवीकरण एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन और एक परमाणु स्पिन के बीच बातचीत के लिए एक तीसरा तंत्र है, जो विशेष रूप से महत्वपूर्ण है $$\pi$$-इलेक्ट्रॉन कार्बनिक रेडिकल, जैसे बेंजीन रेडिकल आयन। प्रतीकों ए या ए का उपयोग आइसोट्रोपिक हाइपरफाइन युग्मन स्थिरांक के लिए किया जाता है, जबकि बी आमतौर पर अनिसोट्रोपिक हाइपरफाइन युग्मन स्थिरांक के लिए नियोजित होता है। कई मामलों में, एक समाधान (आइसोट्रोपिक सिस्टम) में एक कट्टरपंथी स्वतंत्र रूप से टम्बलिंग के लिए आइसोट्रोपिक हाइपरफाइन विभाजन पैटर्न की भविष्यवाणी की जा सकती है।

बहुलता
* एक रेडिकल के लिए एम समकक्ष नाभिक, प्रत्येक I के स्पिन के साथ, अपेक्षित ईपीआर लाइनों की संख्या 2MI + 1 है। एक उदाहरण के रूप में, मिथाइल रेडिकल, सीएच3, तीन है 1H नाभिक, प्रत्येक में I = 1/2, और इसलिए अपेक्षित रेखाओं की संख्या 2MI + 1 = 2(3)(1/2) + 1 = 4 है, जैसा कि देखा गया है।
 * एक कट्टरपंथी होने के लिए M1 बराबर नाभिक, प्रत्येक I . के एक स्पिन के साथ1, और M . का एक समूह2 बराबर नाभिक, प्रत्येक I . के एक स्पिन के साथ2, अपेक्षित लाइनों की संख्या है (2M1I1+ 1) (उम2I2+ 1)। एक उदाहरण के रूप में, मेथोक्सिमिथाइल रेडिकल, दो समकक्ष हैं 1H नाभिक, प्रत्येक I = 1/2 और तीन समकक्ष 1H नाभिक जिनमें से प्रत्येक I = 1/2 है, और इसलिए अपेक्षित रेखाओं की संख्या (2M .) है1I1+ 1) (उम2I2+ 1) = [2(2)(1/2) + 1] [2(3)(1/2) + 1] = 3×4 = 12, जैसा कि फिर से देखा गया है।
 * उपरोक्त को किसी भी संख्या में नाभिक के लिए रेखाओं की संख्या का अनुमान लगाने के लिए बढ़ाया जा सकता है।

हालांकि लाइनों की संख्या की भविष्यवाणी करना आसान है, रिवर्स समस्या, एक जटिल मल्टी-लाइन ईपीआर स्पेक्ट्रम को उजागर करना और विशिष्ट नाभिक को विभिन्न स्पेसिंग निर्दिष्ट करना, अधिक कठिन है।

I = 1/2 नाभिक के अक्सर सामने आने वाले मामले में (उदा., 1एच, 19एफ, 31P), रेडिकल्स की आबादी द्वारा उत्पादित लाइन तीव्रता, प्रत्येक में एम समकक्ष नाभिक होते हैं, पास्कल के त्रिकोण का पालन करेंगे। उदाहरण के लिए, दाईं ओर का स्पेक्ट्रम दर्शाता है कि तीन 1CH. के H नाभिक3 रेडिकल 2MI + 1 = 2(3)(1/2) + 1 = 4 लाइनों को 1:3:3:1 अनुपात के साथ जन्म देता है। लाइन स्पेसिंग a. का हाइपरफाइन कपलिंग स्थिरांक देता हैH = 23 जी तीनों में से प्रत्येक के लिए 1H नाभिक। फिर से ध्यान दें कि इस स्पेक्ट्रम की रेखाएं अवशोषण के पहले व्युत्पन्न हैं।

दूसरे उदाहरण के रूप में, मेथॉक्सिमिथाइल रेडिकल, एच3लाल2. OCH2 केंद्र एक समग्र 1:2:1 ईपीआर पैटर्न देगा, जिसके प्रत्येक घटक को तीन मेथॉक्सी हाइड्रोजन्स द्वारा 1:3:3:1 पैटर्न में विभाजित किया जाता है, जिससे कुल 3×4 = 12 लाइनें मिलती हैं, जो कि तीन गुना है। चौकड़ी देखे गए ईपीआर स्पेक्ट्रम का एक अनुकरण दिखाया गया है और 12-लाइन भविष्यवाणी और अपेक्षित लाइन तीव्रता से सहमत है। ध्यान दें कि छोटा युग्मन स्थिरांक (छोटी लाइन रिक्ति) तीन मेथॉक्सी हाइड्रोजेन के कारण होता है, जबकि बड़ा युग्मन स्थिरांक (लाइन रिक्ति) अयुग्मित इलेक्ट्रॉन को वहन करने वाले कार्बन परमाणु से सीधे बंधे दो हाइड्रोजन से होता है। अक्सर ऐसा होता है कि युग्मन स्थिरांक एक रेडिकल के अयुग्मित इलेक्ट्रॉन से दूरी के साथ आकार में कम हो जाते हैं, लेकिन कुछ उल्लेखनीय अपवाद हैं, जैसे कि एथिल रेडिकल (CHH)2चौधरी3).

अनुनाद लिनिविथ परिभाषा
अनुनाद लाइनविड्थ को चुंबकीय प्रेरण बी और इसकी संबंधित इकाइयों के संदर्भ में परिभाषित किया गया है, और एक ईपीआर स्पेक्ट्रम के एक्स अक्ष के साथ एक रेखा के केंद्र से लाइन के चुने हुए संदर्भ बिंदु तक मापा जाता है। इन परिभाषित चौड़ाई को स्पेक्ट्रोस्कोपिक लाइन शेप कहा जाता है और इसके कुछ फायदे हैं: असममित रेखाओं के लिए, बाएं और दाएं आधे-चौड़े के मान दिए जा सकते हैं। आधी चौड़ाई $$\Delta B_h$$ रेखा के केंद्र से उस बिंदु तक मापी गई दूरी है जिसमें अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) मान अनुनाद रेखा के केंद्र में अधिकतम अवशोषण मान का आधा होता है। पहली झुकाव चौड़ाई $$\Delta B_{1/2}$$ रेखा के केंद्र से अधिकतम अवशोषण वक्र झुकाव के बिंदु तक की दूरी है। व्यवहार में, लाइनविड्थ की पूरी परिभाषा का उपयोग किया जाता है। सममित रेखाओं के लिए, आधी चौड़ाई $$\Delta B_{1/2} = 2\Delta B_h$$, और पूर्ण झुकाव चौड़ाई $$\Delta B_\text{max} = 2\Delta B_{1s}$$.

अनुप्रयोग
EPR/ESR स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग विज्ञान की विभिन्न शाखाओं में किया जाता है, जैसे कि जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान और भौतिकी, ठोस, तरल या गैसीय अवस्था में मूलक (रसायन विज्ञान) की पहचान और पहचान के लिए, और अनुचुंबकीय केंद्रों जैसे एफ-केंद्रों में।

रासायनिक प्रतिक्रियाएं
ईपीआर रासायनिक प्रतिक्रियाओं और स्वयं प्रतिक्रियाओं में गठित रेडिकल दोनों का अध्ययन करने के लिए एक संवेदनशील, विशिष्ट विधि है। उदाहरण के लिए, जब बर्फ (ठोस H2ओ) उच्च-ऊर्जा विकिरण, एच, ओएच, और एचओ जैसे रेडिकल के संपर्क में आने से विघटित हो जाता है2 उत्पादित है। ऐसे रेडिकल्स को ईपीआर द्वारा पहचाना और अध्ययन किया जा सकता है। इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम और यूवी प्रकाश के संपर्क में आने वाली सामग्रियों में कार्बनिक और अकार्बनिक रेडिकल्स का पता लगाया जा सकता है। कई मामलों में, रेडिकल बनाने की प्रतिक्रियाएं और रेडिकल की बाद की प्रतिक्रियाएं रुचि की होती हैं, जबकि अन्य मामलों में ईपीआर का उपयोग रेडिकल की ज्यामिति और अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के कक्षीय के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए किया जाता है।

ईपीआर, पैरामैग्नेटिज्म कॉम्प्लेक्स और रिएक्टिव इंटरमीडिएट्स के लक्षण वर्णन के लिए सजातीय उत्प्रेरण अनुसंधान में उपयोगी है। ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं की जांच के लिए एक विशेष रूप से उपयोगी उपकरण है, जो उनकी प्रतिक्रियाशीलता (रसायन विज्ञान) को समझने के लिए मौलिक है।

EPR/ESR स्पेक्ट्रोस्कोपी केवल उन प्रणालियों पर लागू की जा सकती है जिनमें रेडिकल क्षय और रेडिकल गठन के बीच संतुलन मुक्त कणों की एकाग्रता को उपयोग किए गए स्पेक्ट्रोमीटर की पहचान सीमा से ऊपर रखता है। तरल पदार्थों में प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने में यह विशेष रूप से गंभीर समस्या हो सकती है। एक वैकल्पिक दृष्टिकोण क्रायोजेनिक तापमान पर रखे गए नमूनों का अध्ययन करके प्रतिक्रियाओं को धीमा करना है, जैसे कि 77 K (तरल नाइट्रोजन) या 4.2 K (तरल हीलियम)। इस काम का एक उदाहरण एक्स-रे के संपर्क में आने वाले अमीनो एसिड के एकल क्रिस्टल में कट्टरपंथी प्रतिक्रियाओं का अध्ययन है, जो काम कभी-कभी सक्रियकरण ऊर्जा और कट्टरपंथी प्रतिक्रियाओं के लिए दर स्थिरांक की ओर जाता है।

चिकित्सा और जैविक
ईपीआर के चिकित्सा और जीव विज्ञान अनुप्रयोग भी मौजूद हैं। हालांकि रेडिकल बहुत प्रतिक्रियाशील होते हैं, इसलिए वे आम तौर पर जीव विज्ञान में उच्च सांद्रता में नहीं होते हैं, विशेष अभिकर्मकों को स्पिन लेबल, जिसे स्पिन प्रोब भी कहा जाता है, को ब्याज के अणुओं से जोड़ने के लिए विकसित किया गया है। विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए गैर-प्रतिक्रियाशील कट्टरपंथी अणु एक सेल (जीव विज्ञान) में विशिष्ट साइटों से जुड़ सकते हैं, और ईपीआर स्पेक्ट्रा फिर स्पिन लेबल के पर्यावरण के बारे में जानकारी देते हैं। जैविक झिल्लियों में लिपिड के गतिशील संगठन का अध्ययन करने के लिए स्पिन-लेबल फैटी एसिड का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, लिपिड-प्रोटीन इंटरैक्शन और जेल के तरल क्रिस्टलीय चरणों में संक्रमण का तापमान। स्पिन-लेबल अणुओं का इंजेक्शन जीवित जीवों के इलेक्ट्रॉन अनुनाद इमेजिंग की अनुमति देता है।

विकिरणित पॉलीक्रिस्टलाइन α-alanine (एलैनिन डीमिनेशन रेडिकल, हाइड्रोजन एब्स्ट्रैक्शन रेडिकल, और (CO-(OH))\dC(CH3)NH2+ मौलिक)। यह विधि गामा किरण और एक्स-रे, इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन, और अवशोषित खुराक के उच्च-रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (एलईटी) विकिरण को 1 ग्रे (इकाई) से 100 kGy रेंज में मापने के लिए उपयुक्त है। ईपीआर का उपयोग ड्रग डिलीवरी सिस्टम के भीतर माइक्रोविस्कोसिटी और माइक्रोपोलरिटी को मापने के साथ-साथ कोलाइडल ड्रग कैरियर्स के लक्षण वर्णन के लिए किया जा सकता है। जैविक पदार्थों (कैंसर अनुसंधान के लिए) में विकिरण-प्रेरित मुक्त कणों का अध्ययन अतिरिक्त समस्या उत्पन्न करता है कि ऊतक में पानी होता है, और पानी (इसके विद्युत द्विध्रुवीय क्षण के कारण) में ईपीआर स्पेक्ट्रोमीटर में उपयोग किए जाने वाले माइक्रोवेव क्षेत्र में एक मजबूत अवशोषण बैंड होता है।

सामग्री लक्षण वर्णन
EPR/ESR स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग भूविज्ञान और पुरातत्व में इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद डेटिंग के रूप में किया जाता है। यह कार्बनिक शेल्स, कार्बोनेट्स, सल्फेट्स, फॉस्फेट, सिलिका या अन्य सिलिकेट्स जैसी सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू किया जा सकता है। जब शेल्स पर लागू किया जाता है, तो ईपीआर डेटा शेल में केरोजेन की परिपक्वता से संबंधित होता है। ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कच्चे तेल के गुणों को मापने के लिए किया गया है, जैसे कि डामर और वैनेडियम सामग्री का निर्धारण। ईपीआर सिग्नल का फ्री-रेडिकल घटक किसी भी सॉल्वैंट्स, या उस तेल में मौजूद अवक्षेपकों की परवाह किए बिना तेल में डामर की मात्रा के समानुपाती होता है। जब तेल हेक्सेन, हेप्टेन, पाइरीडीन जैसे अवक्षेपण के अधीन होता है, तो बाद में ग्रेविमेट्रिक तकनीकों द्वारा तेल से अधिकांश डामर को निकाला जा सकता है। उस अर्क का ईपीआर माप तब इस्तेमाल किए गए अवक्षेपक की ध्रुवीयता का कार्य होगा। नतीजतन, ईपीआर माप को सीधे कच्चे तेल पर लागू करना बेहतर होता है। इस मामले में कि माप एक विभाजक (तेल उत्पादन) के ऊपर की ओर किया जाता है, तो कच्चे तेल के भीतर तेल अंश का निर्धारण करना भी आवश्यक हो सकता है (उदाहरण के लिए, यदि एक निश्चित कच्चे तेल में 80% तेल और 20% पानी होता है, तो ईपीआर हस्ताक्षर विभाजक के डाउनस्ट्रीम के हस्ताक्षर का 80% होगा)।

पुरातत्वविदों द्वारा दांतों की डेटिंग के लिए ईपीआर का उपयोग किया गया है। लंबे समय तक विकिरण क्षति दाँत तामचीनी में मुक्त कण पैदा करती है, जिसे बाद में ईपीआर द्वारा जांच की जा सकती है और उचित अंशांकन के बाद दिनांकित किया जा सकता है। इसी तरह, दंत प्रक्रियाओं के दौरान लोगों के दांतों से निकाली गई सामग्री का उपयोग आयनकारी विकिरण के लिए उनके संचयी जोखिम को मापने के लिए किया जा सकता है। लोग (और अन्य स्तनधारी ) परमाणु बमों से विकिरण के संपर्क में, चेरनोबिल आपदा से, और फुकुशिमा परमाणु आपदा से इस पद्धति से जांच की गई है। ईपीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ विकिरण-निष्फल खाद्य पदार्थों की जांच की गई है, जिसका उद्देश्य यह निर्धारित करने के तरीकों को विकसित करना है कि क्या भोजन का नमूना विकिरणित किया गया है और किस खुराक में है।

अन्य अनुप्रयोग
क्वांटम कंप्यूटर के क्षेत्र में, स्पंदित ईपीआर का उपयोग हीरे, सिलिकॉन और गैलियम आर्सेनाइड जैसी सामग्री में इलेक्ट्रॉन स्पिन क्वैबिट की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।

उच्च-क्षेत्र उच्च आवृत्ति माप
सूक्ष्म स्पेक्ट्रोस्कोपिक विवरण का पता लगाने के लिए कभी-कभी उच्च-क्षेत्र उच्च-आवृत्ति ईपीआर माप की आवश्यकता होती है। हालांकि, कई वर्षों के लिए पारंपरिक चुंबक सामग्री की सीमाओं के कारण, 1.5 टी से ऊपर आवश्यक क्षेत्रों का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग असंभव था। सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड के साथ पहले बहुक्रियाशील मिलीमीटर ईपीआर स्पेक्ट्रोमीटर का वर्णन 1970 के दशक की शुरुआत में प्रो। वाई। एस। लेबेडेव के समूह (रूसी रासायनिक भौतिकी संस्थान, मॉस्को) द्वारा एलजी ओरांस्की के समूह (यूक्रेनी भौतिकी और तकनीक संस्थान, डोनेट्स्क) के सहयोग से किया गया था, जिसने काम करना शुरू कर दिया था। 1975 के आसपास रासायनिक भौतिकी की समस्याओं के संस्थान, चेर्नोगोलोव्का में। दो दशक बाद, जर्मन ब्रूकर कंपनी द्वारा एक डब्ल्यू-बैंड ईपीआर स्पेक्ट्रोमीटर का उत्पादन एक छोटी वाणिज्यिक लाइन के रूप में किया गया, जिसने मध्यम आकार की शैक्षणिक प्रयोगशालाओं में डब्ल्यू-बैंड ईपीआर तकनीकों के विस्तार की शुरुआत की।

ईपीआर वेवबैंड स्पेक्ट्रोमीटर के माइक्रोवेव स्रोत की आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित किया जाता है (तालिका देखें)।

ईपीआर प्रयोग अक्सर एक्स बैंड और कम सामान्यतः क्यू बैंड में आयोजित किए जाते हैं, मुख्य रूप से आवश्यक माइक्रोवेव घटकों (जो मूल रूप से रडार अनुप्रयोगों के लिए विकसित किए गए थे) की तैयार उपलब्धता के कारण। व्यापक एक्स और क्यू बैंड माप का दूसरा कारण यह है कि इलेक्ट्रोमैग्नेट विश्वसनीय रूप से लगभग 1 टेस्ला तक के क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं। हालांकि, इन तरंगों पर जी-कारक पर कम वर्णक्रमीय संकल्प तुलनात्मक रूप से कम अनिसोट्रोपिक चुंबकीय मापदंडों के साथ अनुचुंबकीय केंद्रों के अध्ययन को सीमित करता है। माप $$\nu$$ > 40 GHz, मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में, निम्नलिखित लाभ प्रदान करते हैं:


 * 1) उच्च क्षेत्रों में दूसरे क्रम के प्रभावों में कमी के कारण ईपीआर स्पेक्ट्रा को सरल बनाया गया है।
 * 2) अव्यवस्थित प्रणालियों की जांच में अभिविन्यास चयनात्मकता और संवेदनशीलता में वृद्धि।
 * 3) पल्स EPR की सूचनात्मकता और सटीकता, जैसे, ENDOR भी उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में बढ़ जाती है।
 * 4) बड़े माइक्रोवेव क्वांटम ऊर्जा h . के कारण बड़े शून्य-क्षेत्र विभाजन के साथ स्पिन सिस्टम की पहुंच$$\nu$$.
 * 5) जी-कारक पर उच्च वर्णक्रमीय संकल्प, जो विकिरण आवृत्ति के साथ बढ़ता है $$\nu$$ और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र B0. इसका उपयोग स्पिन लेबल और जांच विधि के माध्यम से स्पिन-संशोधित कार्बनिक और जैविक प्रणालियों में कट्टरपंथी सूक्ष्म वातावरण की संरचना, ध्रुवता और गतिशीलता की जांच के लिए किया जाता है। यह आंकड़ा दिखाता है कि बढ़ती आवृत्ति के साथ वर्णक्रमीय संकल्प में सुधार कैसे होता है।
 * 6) पैरामैग्नेटिक केंद्रों की संतृप्ति तुलनात्मक रूप से कम माइक्रोवेव ध्रुवीकरण क्षेत्र बी पर होती है1, विकिरण आवृत्ति पर उत्तेजित स्पिनों की संख्या की घातीय निर्भरता के कारण $$\nu$$. इस प्रभाव का सफलतापूर्वक अध्ययन के तहत प्रणालियों में अनुचुंबकीय केंद्रों के विश्राम और गतिकी के साथ-साथ सुपरस्लो मोशन का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।
 * 7) उच्च चुंबकीय क्षेत्रों में पैरामैग्नेटिक केंद्रों का क्रॉस-रिलैक्स नाटकीय रूप से कम हो जाता है, जिससे अध्ययन के तहत सिस्टम के बारे में अधिक सटीक और अधिक संपूर्ण जानकारी प्राप्त करना आसान हो जाता है।

यह डी-बैंड ईपीआर में विभिन्न जैविक, बहुलक और मॉडल प्रणालियों के अध्ययन में प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था।

माइक्रोवेव ब्रिज
माइक्रोवेव ब्रिज में माइक्रोवेव स्रोत और डिटेक्टर दोनों होते हैं। पुराने स्पेक्ट्रोमीटर में माइक्रोवेव उत्पन्न करने के लिए क्लीस्ट्रॉन नामक एक वैक्यूम ट्यूब का उपयोग किया जाता था, लेकिन आधुनिक स्पेक्ट्रोमीटर एक गन डायोड का उपयोग करते हैं। माइक्रोवेव स्रोत के तुरंत बाद एक आइसोलेटर होता है जो किसी भी प्रतिबिंब को स्रोत पर वापस ले जाने का कार्य करता है जिसके परिणामस्वरूप माइक्रोवेव आवृत्ति में उतार-चढ़ाव होता है। स्रोत से माइक्रोवेव शक्ति को एक दिशात्मक युग्मक के माध्यम से पारित किया जाता है जो माइक्रोवेव पावर को दो पथों में विभाजित करता है, एक गुहा की ओर निर्देशित होता है और दूसरा संदर्भ हाथ। दोनों रास्तों के साथ एक परिवर्तनशील एटेन्यूएटर है जो माइक्रोवेव पावर के प्रवाह के सटीक नियंत्रण की सुविधा प्रदान करता है। यह बदले में नमूने के अधीन माइक्रोवेव की तीव्रता पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है। रेफरेंस आर्म पर, वेरिएबल एटेन्यूएटर के बाद एक फेज शिफ्टर होता है जो रेफरेंस और रिफ्लेक्टेड सिग्नल के बीच एक परिभाषित फेज रिलेशनशिप सेट करता है जो फेज सेंसिटिव डिटेक्शन की अनुमति देता है।

अधिकांश ईपीआर स्पेक्ट्रोमीटर प्रतिबिंब स्पेक्ट्रोमीटर हैं, जिसका अर्थ है कि डिटेक्टर को केवल गुहा से वापस आने वाले माइक्रोवेव विकिरण के संपर्क में होना चाहिए। यह परिसंचारी के रूप में ज्ञात एक उपकरण के उपयोग द्वारा प्राप्त किया जाता है जो माइक्रोवेव विकिरण (उस शाखा से जो गुहा की ओर बढ़ रहा है) को गुहा में निर्देशित करता है। परावर्तित माइक्रोवेव विकिरण (नमूने द्वारा अवशोषण के बाद) को फिर संसूचक के माध्यम से डिटेक्टर की ओर पारित किया जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि यह माइक्रोवेव स्रोत पर वापस नहीं जाता है। संदर्भ संकेत और परावर्तित संकेत संयुक्त होते हैं और डिटेक्टर डायोड को पास किए जाते हैं जो माइक्रोवेव पावर को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करता है।

संदर्भ हाथ
कम ऊर्जा (1 μW से कम) पर डायोड करंट माइक्रोवेव पावर के समानुपाती होता है और डिटेक्टर को स्क्वायर-लॉ डिटेक्टर कहा जाता है। उच्च शक्ति स्तरों (1 mW से अधिक) पर डायोड करंट माइक्रोवेव पावर के वर्गमूल के समानुपाती होता है और डिटेक्टर को लीनियर डिटेक्टर कहा जाता है। इष्टतम संवेदनशीलता के साथ-साथ मात्रात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए डायोड को रैखिक क्षेत्र के भीतर काम करना चाहिए। यह सुनिश्चित करने के लिए कि डिटेक्टर उस स्तर पर काम कर रहा है, संदर्भ शाखा पूर्वाग्रह प्रदान करने का कार्य करती है।

चुंबक
एक ईपीआर स्पेक्ट्रोमीटर में चुंबकीय असेंबली में एक समर्पित बिजली आपूर्ति के साथ-साथ एक फील्ड सेंसर या नियामक जैसे हॉल इफेक्ट सेंसर के साथ चुंबक शामिल होता है। ईपीआर स्पेक्ट्रोमीटर दो प्रकार के चुंबकों में से एक का उपयोग करते हैं जो ऑपरेटिंग माइक्रोवेव आवृत्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है (जो आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की सीमा निर्धारित करता है)। पहला एक इलेक्ट्रोमैग्नेट है जो आम तौर पर 1.5 टी तक की फील्ड स्ट्रेंथ पैदा करने में सक्षम होता है जो उन्हें क्यू-बैंड फ्रीक्वेंसी का उपयोग करके माप के लिए उपयुक्त बनाता है। डब्ल्यू-बैंड के लिए उपयुक्त क्षेत्र शक्ति उत्पन्न करने के लिए और उच्च आवृत्ति ऑपरेशन सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट कार्यरत हैं। चुंबकीय क्षेत्र नमूना मात्रा में सजातीय है और स्थिर क्षेत्र में उच्च स्थिरता है।

माइक्रोवेव गुंजयमान यंत्र (गुहा)
माइक्रोवेव रेज़ोनेटर को ईपीआर ट्रांज़िशन को प्रेरित करने के लिए नमूने में माइक्रोवेव चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक आयताकार या बेलनाकार आकार वाला धातु का डिब्बा होता है जो माइक्रोवेव के साथ प्रतिध्वनित होता है (जैसे ध्वनि तरंगों के साथ एक अंग पाइप)। गुहा की अनुनाद आवृत्ति पर माइक्रोवेव गुहा के अंदर रहते हैं और वापस परावर्तित नहीं होते हैं। अनुनाद का अर्थ है कि गुहा माइक्रोवेव ऊर्जा को संग्रहीत करता है और ऐसा करने की इसकी क्षमता गुणवत्ता कारक द्वारा दी जाती है $Q$, निम्नलिखित समीकरण द्वारा परिभाषित:

$$Q=\frac {2\pi(\text{energy stored})}{(\text{energy dissipated})}$$ का मान जितना अधिक होगा $Q$ स्पेक्ट्रोमीटर की संवेदनशीलता जितनी अधिक होगी। नष्ट की गई ऊर्जा एक माइक्रोवेव अवधि में खो जाने वाली ऊर्जा है। गुहा की पार्श्व दीवारों में ऊर्जा खो सकती है क्योंकि माइक्रोवेव धाराएं उत्पन्न कर सकते हैं जो बदले में गर्मी उत्पन्न करते हैं। अनुनाद का एक परिणाम गुहा के अंदर एक स्थायी लहर का निर्माण है। विद्युत चुम्बकीय स्थायी तरंगों में उनके विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के घटक बिल्कुल चरण से बाहर होते हैं। यह एक लाभ प्रदान करता है क्योंकि विद्युत क्षेत्र माइक्रोवेव के गैर-गुंजयमान अवशोषण प्रदान करता है, जो बदले में विलुप्त ऊर्जा को बढ़ाता है और कम करता है $Q$. सबसे बड़े संकेतों को प्राप्त करने के लिए और इसलिए संवेदनशीलता नमूना इस तरह स्थित है कि यह चुंबकीय क्षेत्र अधिकतम और विद्युत क्षेत्र न्यूनतम के भीतर स्थित है। जब चुंबकीय क्षेत्र की ताकत ऐसी होती है कि एक अवशोषण घटना होती है, तो का मान $Q$ अतिरिक्त ऊर्जा हानि के कारण कम हो जाएगा। इसके परिणामस्वरूप प्रतिबाधा में परिवर्तन होता है जो गुहा को गंभीर रूप से युग्मित होने से रोकता है। इसका मतलब है कि माइक्रोवेव अब डिटेक्टर (माइक्रोवेव ब्रिज में) पर वापस दिखाई देंगे जहां एक ईपीआर सिग्नल का पता चला है।

स्पंदित इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद
स्पंदित माप के साथ इलेक्ट्रॉन स्पिन की गतिशीलता का सबसे अच्छा अध्ययन किया जाता है। बलोच क्षेत्र में स्पिन को नियंत्रित करने के लिए आमतौर पर 10-100 एनएस लंबे माइक्रोवेव दालों का उपयोग किया जाता है। स्पिन-जाली विश्राम समय को व्युत्क्रम पुनर्प्राप्ति प्रयोग से मापा जा सकता है।

स्पंदित परमाणु चुंबकीय अनुनाद के साथ, हैन इको कई स्पंदित ईपीआर प्रयोगों के लिए केंद्रीय है। एक स्पिन इको क्षय प्रयोग का उपयोग डिफैसिंग समय को मापने के लिए किया जा सकता है, जैसा कि नीचे दिए गए एनीमेशन में दिखाया गया है। दो दालों के अलग-अलग अंतरालों के लिए प्रतिध्वनि का आकार दर्ज किया जाता है। इससे अव्यवस्था का पता चलता है, जिसे द्वारा पुन: केंद्रित नहीं किया जाता है $$\pi$$ धड़कन। साधारण मामलों में, एक घातांकीय क्षय को मापा जाता है, जिसे द्वारा वर्णित किया जाता है $$T_2$$ समय।

स्पंदित इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस को इलेक्ट्रॉन न्यूक्लियर डबल रेजोनेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी (ENDOR) में उन्नत किया जा सकता है, जो रेडियो फ्रीक्वेंसी में तरंगों का उपयोग करता है। चूंकि अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले विभिन्न नाभिक विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर प्रतिक्रिया करते हैं, इसलिए कई बार रेडियो आवृत्तियों की आवश्यकता होती है। चूंकि ENDOR के परिणाम नाभिक और अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के बीच युग्मन अनुनाद देते हैं, उनके बीच संबंध निर्धारित किया जा सकता है।

यह भी देखें

 * इलेक्ट्रिक द्विध्रुवीय स्पिन प्रतिध्वनि
 * फेरोमैग्नेटिक रेजोनेंस*
 * गतिशील परमाणु ध्रुवीकरण
 * स्पिन लेबल
 * साइट-निर्देशित स्पिन लेबलिंग
 * स्पिन ट्रैपिंग
 * ईडीएमआर
 * वैकल्पिक रूप से चुंबकीय अनुनाद का पता लगाया
 * इलेक्ट्रॉन अनुनाद इमेजिंग

बाहरी संबंध

 * Electron Magnetic Resonance Program National High Magnetic Field Laboratory
 * Electron Paramagnetic Resonance (Specialist Periodical Reports) Published by the Royal Society of Chemistry
 * Using ESR to measure free radicals in used engine oil