电子自旋共振

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应用

EPR应用在多个领域，其中包括：

固态物理，辨识与定量自由基分子（即带有不成对电子的分子）。

化学，用以侦测反应路径。

生物医学领域，用在标记生物性自旋探子。另外在造影方面另有用途，参见下方说明。

晶体学，用来进行晶体内部缺陷的局部结构的研究。一般需要配合测角器（Goniometer）。

一般而言，自由基在化学上是具有高度反应力，而在正常生物环境中并不会以高浓度出现。若采用特别设计的不反应自由基分子，将之附着在生物细胞的特定位置，就有可能得到这些所谓“自旋标记”或“自旋探子”分子附近的环境。

理论

讯号来源

电子的自旋为，自旋投影量子数可以是或。在外加磁场强度为时，电子磁矩会顺向平行（）或反向平行 () 于该磁场，两种情形具有的能量不同（见塞曼效应），与磁场同向的电子能级较低。两个能级的能量相差，为电子的“g因子”（朗德g因子）、是玻尔磁子。这个方程显示两能级的差值与磁场强度呈正比，如下图。

未成对的电子可以在吸收或放出电磁波能量后，在两能级间移动。吸收到（或放出）的能量必须与转换能级后能量变化相同，也就是，此即共振条件。代入和，我们可以得到电子顺磁共振的基础公式：。实验上，非常多种频率和磁场的组合都能满足此公式，但大多量测都是用9,000–10,000 MHz（9–10 GHz）范围的微波进行，其对应的磁场大约为3500 G（0.35 T）。

理论上，改变照射在样品上的光子频率而磁场不变，或者相反，都可以得到电子顺磁共振光谱。但实际上通常是固定频率。样品暴露在固定频率的微波中，然后开始增强外加磁场。电子能级相差越来越大，直到能级差值与微波能量相同，如先前的图所示。此时未成对电子能在两能级间移动。电子依麦克斯韦-玻尔兹曼分布而在低能级分布较多，因此整体而言是在净吸收微波能量。实验时即是量测此吸收值，转换得到光谱。