超精细耦合常数(Hyperfine Coupling Constants)是电子顺磁波谱中的重要谱学参数,指未偶电子自旋偶极子与磁性核相互作用产生谱线裂分时,相邻谱线的间距,又称为A值。
超精细耦合常数
在
电子顺磁共振中,超精细耦合常数(Hyperfine Coupling Constants)是指未偶电子自旋偶极子与磁性核相互作用产生谱线裂分时——相邻谱线的间距,又称为A值。
在溶液体系里,测量得到的谱线两两间距往往是相等的,这种A值称为各向同性超精细耦合常数 。
1956年,McConnell观察到 自由基(如C6H6+自由基)的第i个碳原子上未偶电子的自旋概率密度 与该原子上的氢的超精细耦合常数 成正比:
Q 在一定条件下近似于一个常数.
事实上,大部分分子并不具备 自由基一般的高对称性,因此McConnell具有很大的局限性。
对于超精细耦合常数的物理意义更为精确的描述是:
磁性核原子的未偶电子产生的自旋概率密度在原子核处的分布。
比如一个单电子在苯环的一个碳原子上的自旋概率密度是1/6 (如C6H6自由基, 其A值为4.28G),而它在这个碳原子核处能产生A值的自旋密度仅为0.027左右(理论计算值)。
因此,提供A值的这种自旋密度又称为费米自旋密度(Fermi-Contact Spin Density),其计算公式如下:
其中,g表征电子和原子核的郎德因子,uB是玻尔磁子,ρx就是费米自旋密度。
在固体体系里,测量得到的谱线间距一般是不相等的,这种A值称为各向异性超精细耦合常数 。
比如氮原子的 可表示为:
ρ (p)表示为未偶电子在氮原子2p轨道的几率密度,具有方向性。
因此超精细耦合A值具有张量性质,随着取向变化而变化。
在各向同性条件下,这种取向特点会抵消,仅与s轨道自旋密度有关;
在各向异性条件下,粒子取向会影响A值,与p、d等轨道的自旋密度分布有关。
各向异性的A值较为容易精确计算,而各向同性的超精细耦合常数的研究具有很高的理论难度,主要涉及到电子相关,自旋污染,旋轨耦合,原子内层轨道紧缩等相关研究领域。氮,锰,氢,铜,硼,氟等元素都是常见的研究对象。