Elektroninen spinresonanssi (ESR) on spektroskopian muoto, jota käytetään paramagneettisissa materiaaleissa – materiaaleissa, jotka muuttuvat magneettisiksi altistuessaan ulkoiselle magneettikentälle. ESR: ää kutsutaan myös elektroniparamagneettiseksi resonanssiksi tai EPR: ksi. Elektronin spin -resonanssilla on erilaisia sovelluksia kemiassa ja biologiassa, ja sitä voidaan käyttää jopa kvanttilaskennan kaltaisilla aloilla.
Elektroni kantaa varausta ja pyörii. Siksi se aiheuttaa magneettisen momentin. Jos elektroni sijoitetaan ulkoiseen magneettikenttään, sen magneettinen momentti kohdistuu magneettikentän suuntaan. On myös mahdollista, että elektroni kohdistuu magneettikentän vastakkaiseen suuntaan, mutta tämä vaatii enemmän energiaa eikä ole elektronin luonnollinen tila. Tämä on tieteellinen perusta elektronin spinresonanssille.
ESR: llä aine, jonka molekyyleillä on ylimääräisiä tai parittomia elektroneja, sijoitetaan magneettikenttään ja siihen syötetään energiaa, yleensä mikroaaltojen muodossa. Parittomat elektronit absorboivat sähkömagneettisen energian ja siirtyvät korkeampaan energiatilaan kohdistamalla magneettiset momenttinsa vastakkain ulkoisesti kohdistetun magneettikentän kanssa. Elektronien absorboiman energian taajuus osoittaa sen molekyylin kemiallisen rakenteen, johon ne ovat kiinnittyneet. Tällä tavalla elektronin spin -resonanssia voidaan käyttää eri materiaalien kemiallisen koostumuksen määrittämiseen.
On tärkeää, että aineessa on parittomia elektroneja. Tämä johtuu siitä, että Paulin poissulkemisperiaatteen mukaisesti pariksi liitetyillä elektroneilla on spinnejä vastakkaisiin suuntiin eikä siten magneettista nettomomenttia. Nämä materiaalit tunnetaan diamagneettisina, eivätkä ne sovellu ESR: ään.
Kuten muissakin resonanssispektroskopiatekniikoissa, elektronien spinresonanssissa käytettävien elektronien on annettava rentoutua ja palata alempiin energiatiloihinsa. Jos ei, kaikki elektronit herätetään eikä lisäabsorptiota voida tehdä. Tässä tapauksessa ei ole mitään mitattavaa, ja näin ollen signaalia ei tuoteta. Spin-hilarelaksaatio, jossa elektroni antaa energiaa ympäristöönsä, ja spin-spin-relaksaatio, jossa elektroni antaa energiaa toiselle elektronille, ovat kaksi tapaa, joilla rentoutuminen voi tapahtua.
ESR sopii erityisen hyvin ilmaisten radikaalien havaitsemiseen, jotka ovat joukko erittäin reaktiivisia molekyylejä, joissa on parittomia elektroneja. Vapaiden radikaalien tiedetään aiheuttavan useita sairauksia, myrkytyksiä ja jopa syöpiä. Ne aiheuttavat myös hammaskiilteen rappeutumista tunnetulla nopeudella, mikä tarkoittaa, että elektroni -spin -resonanssia voidaan käyttää hampaiden ja laajemmin ihmisten päivämäärään. Ylimääräisiä vapaita radikaaleja esiintyy myös oluessa ja viinissä, jotka ovat säilyneet.
ESR on myös johtava ehdokas useissa huipputekniikoissa. Näitä ovat keinotekoinen fotosynteesi ja kvanttilaskenta. Jälkimmäisessä, hienosäätämällä ESR toimimaan yhdellä elektronilla elektroniryhmän sijasta, voidaan luoda logiikkaportti, joka vastaa elektronin magneettisen momentin energiatiloja.