Introdução

Em 1896, Pieter Zeeman desobedeceu as ordens diretas de seu supervisor sobre utilizar equipamentos de laboratório para medir a separação das linhas espectrais por um forte campo magnético. Ele foi demitido por tal insubordinação mas, mais tarde obteve seu reconhecimento: ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1902 pela descoberta de que agora é conhecido como o efeito Zeeman [10].

Fig. 1 Pieter Zeeman, físico dinamarquês que ganhou o prêmio Nobel em 1902 pela discoberta do Efeito Zeeman [14].

Thomas Preston descobre em 1897 uma separação anômala em linhas espectrais de amostras na presença de campos eletromagnéticos fortes, conhecido como efeito Zeeman anômalo. Tal efeito recebe o nome de anômalo pois o spin eletrônico ainda era desconhecido.

Fig. 2 Thomas Preston, físico irlandês que descobriu o efeito Zeeman Anômalo [15].

Em 1921 Gerlach e Stern observaram que um feixe de átomos de prata submetido a um campo magnético se divide em dois.

Fig. 3 A esquerda temos Walther Gerlach e a direita Otto Stern

Em uma primeira aproximação o efeito Zeeman pode ser explicado devido a interação do momento angular orbital da amostra com o campo magnético aplicado porém, o experimento de Gerlach e o exterimento de Thomas necessitam de algo mais na teoria quântica que ainda não havia sido proposto.

Foram Uhlenbeck e Goudsmit Fig. 4 que deram uma interpretação correta ao efeito Zeeman anômalo, eles postularam o spin eletrônico, um momento angular quantizado, como uma propriedade intrínseca do elétron.

Fig. 4 Uhlenbeck a esquerda e Goudsmit a direita

Essas pesquisas marcaram os fundamentos da espectroscopia por ressonância magnética eletrônica (EPR), pois ela é baseada na transição entre estados quantizados resultante da interação do spin eletrônico com o campo magnético externo.

Em 1931, Breit e Rabi Fig. 5 descreveram os níveis de energia do hidrogênio sobre o efeito de um campo magnético. Rabi estudou transições entre níveis de energia induzidos por um campo magnético oscilante. Este foi o primeiro experimento a observar ressonância magnética (NMR).

Fig. 5 Breit a esquerda e Rabi a direita

Em 1945, foi feita a primeira observação de um pico de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), quando Zavoisky Fig. 6 detectou a linha de absorção de radiofrequência de uma amostra de CuCl2.2H2O.

Apesar do NMR ser mais utilizado, as duas técnicas, EPR e NMR, se desenvolveram praticamente juntas, [5], [6]. Em meados da década de sessenta a espectroscopia por NMR massa por um grande avanço com o desenvolvimento de espectroscopia NMR por FT (transformada de Fourier). A técnica equivalente para o EPR demorou a ser desenvolvida devido a dificuldades intrínsecas de se trabalhar com microondas.

Atualmente já existem espectrômetros EPR comerciais [2].

Fig. 6 A esquerda vamos Pieter Zeeman, descobriu a separação de linhas espectrais devido a campos magnéticos o que ficou conhecido como efeito Zeeman. A direita temos Yevgeny Konstantinovich Zavoisky, ele foi o primeiro a medir efeito de ressonância paramagnética eletrônica.

A montagem deste experimento no Laboratório Avançado de Física do Instituto de Física de São Carlos começou com o professor Horácio Carlos Panepucci e o professor Claudio José Magon terminou a primeira versão. Finalmente na segunda metade do ano de 2016, sob supervisão do professor Luiz Antônio de Oliveira Nunes e do técnico Antenor Fabbri Petrilli Filho, os alunos Emilio Frari Galera e Heitor Pascoal de Bittencourt desenvolveram um sistema digital para aquisição dos espectros.

O novo sistema foi desenvolvido utilizando um microcontrolador Atmega328p, da plataforma Arduino, com módulos para: comunicação digital com o amplificador lock-in e conversor analógico-digital para leitura do campo magnético. Além da eletrônica, foi desenvolvida uma interface gráfica para aquisição dos espectros utilizando linguagem Python 2.7.