電子常磁性共鳴

前述のように、EPRスペクトルは通常、吸収の一次微分 として直接測定されます。これは、磁場変調を使用することで実現されます。外部磁場に、典型的な周波数100 kHzで小さな追加の振動磁場が印加されます。^{[ 4 ]}ピーク間の振幅を検出することで、吸収の一次微分が測定されます。位相感度検出を使用すると、同じ変調（100  kHz）を持つ信号のみが検出されます。これにより、信号対雑音比が高くなります。磁場変調は連続波EPR測定に特有のものであり、パルス実験から得られるスペクトルは吸収プロファイルとして表示されることに注意してください。

レーザーを高フィネス光共振器に周波数ロックするためのパウンド・ドレバー・ホール技術も、同様の考え方に基づいている。

実際には、EPRサンプルは単一の孤立した常磁性中心ではなく、多数の常磁性種の集合体から構成されます。ラジカルの集団が熱力学的平衡状態にある場合、その統計分布はボルツマン分布によって記述されます。

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

どこ${\displaystyle n_{\text{upper}}}$は、より高いエネルギー状態を占める常磁性中心の数です。${\displaystyle k}$はボルツマン定数であり、${\displaystyle T}$は熱力学的温度です。298 K では、X バンドマイクロ波周波数 (${\displaystyle \nu }$≈ 9.75  GHz) は${\displaystyle n_{\text{upper}}/n_{\text{lower}}}$≈ 0.998であり、これは上側のエネルギー準位の占有率が下側のエネルギー準位よりもわずかに低いことを意味します。したがって、下側の準位から上側の準位への遷移は、逆方向の遷移よりも起こりやすく、これがエネルギーの正味吸収が生じる理由です。

EPR法の感度（すなわち、検出可能なスピンの最小数）${\displaystyle N_{\text{min}}}$光子周波数に依存する${\displaystyle \nu }$によると

${\displaystyle N_{\text{min}}={\frac {k_{1}V}{Q_{0}k_{f}\nu ^{2}P^{1/2}}},\qquad {\text{(式2)}}}$

どこ${\displaystyle k_{1}}$定数です。${\displaystyle V}$はサンプルの体積です。${\displaystyle Q_{0}}$はマイクロ波共振器（サンプルチャンバー）の無負荷品質係数です。${\displaystyle k_{f}}$は空洞充填係数であり、${\displaystyle P}$は分光計キャビティ内のマイクロ波電力です。${\displaystyle k_{f}}$そして${\displaystyle P}$定数であるため、${\displaystyle N_{\text{min}}}$～${\displaystyle (Q_{0}\nu ^{2})^{-1}}$つまり、${\displaystyle N_{\text{min}}}$～${\displaystyle \nu ^{-\alpha }}$、 どこ${\displaystyle \alpha }$≈ 1.5。実際には、${\displaystyle \alpha }$分光計の特性、共鳴条件、サンプルサイズによって、0.5から4.5まで変化する可能性があります。

したがって、低い検出限界で高い感度が得られる。${\displaystyle N_{\text{min}}}$そして多数のスピン。したがって、必要なパラメータは次のとおりです。

• 式2を最小化するために、分光計の周波数を高くする。一般的な周波数については以下で説明する。
• 式1に示すように、低温にすることで高エネルギー準位におけるスピンの数を減らすことができます。この条件は、液体窒素や液体ヘリウムの沸点にある試料でスペクトルが記録されることが多い理由を説明しています。

g因子を知ることで、常磁性中心の電子構造に関する情報が得られる。不対電子は分光計の印加磁場に反応するだけでなく、${\displaystyle B_{0}}$しかし、原子や分子の局所的な磁場にも影響される。有効磁場${\displaystyle B_{\text{eff}}}$電子が経験するエネルギーは次のように記述される。

${\displaystyle B_{\text{eff}}=B_{0}(1-\sigma ),}$

どこ${\displaystyle \sigma }$局所場の影響を含む（${\displaystyle \sigma }$（正または負になる可能性がある）。したがって、${\displaystyle h\nu =g_{e}\mu _{\text{B}}B_{\text{eff}}}$（上記の）共鳴条件は、次のように書き換えられます。

${\displaystyle h\nu =g_{e}\mu _{B}B_{\text{eff}}=g_{e}\mu _{\text{B}}B_{0}(1-\sigma ).}$

数量${\displaystyle g_{e}(1-\sigma )}$と表記される${\displaystyle g}$そして単にg因子と呼ばれるので、最終的な共鳴方程式は次のようになる。

${\displaystyle h\nu =g\mu _{\text{B}}B_{0}.}$

この最後の式は、決定するために使用されます。${\displaystyle g}$EPR実験では、共鳴が発生する場と周波数を測定することによって行われます。${\displaystyle g}$等しくない${\displaystyle g_{e}}$つまり、不対電子のスピン磁気モーメントと角運動量の比は、自由電子の値とは異なるということになります。電子のスピン磁気モーメントは一定（ボーア磁子にほぼ等しい）であるため、電子はスピン軌道相互作用によって角運動量を得たり失ったりしたはずです。スピン軌道相互作用のメカニズムはよく理解されているため、変化の大きさから、不対電子を含む原子軌道または分子軌道の性質に関する情報が得られます。

一般に、g因子は数値ではなく 3×3行列です。このテンソルの主軸は、例えば固体や分子中の不対スピンの周りの局所的な原子配置など、局所的な場によって決定されます。適切な座標系 (例えば、x、y、z ) を選択すると、このテンソルを「対角化」することができ、その結果、最大で 9 個の成分がg _xx、g _yy、g _{zz の}3 個に減少します。外部磁場とのゼーマン相互作用のみを受ける単一のスピンの場合、EPR 共鳴の位置は、g _xx B _x + g _yy B _y + g _zz B _zという式で与えられます。ここで、B _x、B _y、B _zは座標系 ( x、y、z )における磁場ベクトルの成分です。磁場が回転するとこれらの成分の大きさが変化するため、共鳴周波数も変化します。ランダムな方向に配向したスピンの大きな集合体（流体溶液など）の場合、EPRスペクトルは周波数g _xx B ₀、g _yy B ₀、g _zz B ₀に特徴的な形状の3つのピークで構成されます。

一次微分スペクトルでは、低周波ピークは正、高周波ピークは負、中央ピークは双極性となる。このような状況は粉末試料でよく見られるため、これらのスペクトルは「粉末パターンスペクトル」と呼ばれる。結晶試料では、EPR線の数は、EPRスピン（「EPR中心」と呼ばれる）の結晶学的に等価な配向の数によって決まる。

高温では、3つのピークは合体して単一のピークとなり、等方性を示すg _{isoに対応する。g iso}と各成分の関係は以下のとおりである。

${\displaystyle (g_{\mathrm {iso} })^{2}=(g_{xx})^{2}+(g_{yy})^{2}+(g_{zz})^{2}}$

EPRスペクトルを分析する基本的なステップの1つは、g _isoを自由電子のg因子g _eと比較することです。金属ベースのラジカルでは、g _isoは通常g _eよりかなり大きいですが、有機ラジカルではg _iso ~ g _eとなります。

g因子の絶対値を決定することは、試料位置における局所磁場の正確な推定値が得られないため困難である。そのため、通常、いわゆるg因子標準が対象試料とともに測定される。共通スペクトルでは、g因子標準のスペクトル線が参照点として使用され、試料のg因子が決定される。g因子標準の初期校正のために、Herbらはオーバーハウザーシフトに基づく二重共鳴技術を用いた精密な手順を導入した。^{[ 6 ]}

EPRスペクトルの発生源は電子のスピン状態の変化であるため、ラジカル（S = 1/2系）のEPRスペクトルは1本の線で構成される。スピンが近傍の核スピンと結合するため、より複雑なスペクトルとなる。結合の大きさは結合する核の磁気モーメントに比例し、結合のメカニズムによって異なる。結合は双極子（空間を介した）と等方性（結合を介した）の2つのプロセスによって媒介される。

この結合により、追加のエネルギー状態が導入され、結果として多重線スペクトルが生じる。このような場合、EPRスペクトル線の間隔は、不対電子と摂動原子核との相互作用の程度を示す。原子核の超微細結合定数はスペクトル線の間隔に直接関係しており、最も単純なケースでは、実質的に間隔そのものとなる。^{[ 7 ]}

電子と原子核が相互作用する一般的なメカニズムは、フェルミ接触相互作用と双極子相互作用の2つです。前者は主に等方性相互作用（磁場中の試料の向きに依存しない）の場合に適用され、後者は異方性相互作用（磁場中の試料の向きに依存するスペクトル）の場合に適用されます。スピン偏極は、不対電子と核スピン間の相互作用の3番目のメカニズムであり、特に次の点で重要です。${\displaystyle \pi }$ベンゼンラジカルアニオンなどの電子有機ラジカル。記号「a」または「A」は等方性超微細結合定数に使用され、「B」は通常、異方性超微細結合定数に使用されます。^{[ 8 ]}

多くの場合、溶液中を自由に回転するラジカル（等方性系）の等方性超微細分裂パターンを予測することができる。

多重性

• M個の等価な原子核を持ち、それぞれスピンIを持つラジカルの場合、予想される EPR 線の数は 2 MI  +  1 です。例として、メチルラジカル CH _{3は 3 つの}¹ H 原子核を持ち、それぞれI  =  1/2 であるため、予想される線の数は 2 MI  + 1  = 2(3)(1/2)  + 1  = 4 であり、これは観測された値と一致します。
• M _{1 個}の等価核（それぞれスピンI ₁を持つ）とM _{2 個}の等価核（それぞれスピンI ₂を持つ）からなるラジカルの場合、予想される線数は (2 M ₁ I ₁  + 1) (2 M ₂ I ₂  + 1) です。例として、メトキシメチルラジカルHが挙げられます。₂ C(OCH₃ )、それぞれI= 1/2 の等価な¹それぞれI¹ため、予想される線の数は (2M₁I₁+ 1) (2M₂I₂+ 1) = [2(2)(1/2) + 1] [2(3)(1/2) + 1] = 3×4 = 12 となり、これも観測結果と一致します。    
• 上記の内容は、任意の数の原子核における線の数を予測するために拡張できる。

線の数を予測することは容易だが、その逆の問題、つまり複雑な多重線EPRスペクトルを解明し、様々な間隔を特定の原子核に割り当てることは、より困難である。

よく見られるI  = 1/2 核 (例えば¹ H、¹⁹ F、³¹ P)の場合、それぞれM個の等価核を持つラジカルの集団によって生成される線強度は、パスカルの三角形に従います。たとえば、右のスペクトルは、CH _{3ラジカルの 3 つの}^{1 H 核が 2} MI + 1 = 2(3)(1/2) + 1 = 4 本の線を 1:3:3:1 の比率で生成することを示しています。線間隔から、 3 つの¹ H 核それぞれについて、超微細結合定数a _H = 23 Gが得られます。このスペクトルの線は、吸収の一次微分であることを再度注意してください。    

2 番目の例として、メトキシメチルラジカル H ₃ COCH ₂ ^. OC H ₂中心は、全体として 1:2:1 の EPR パターンを示し、その各成分は、3 つのメトキシ水素によってさらに 1:3:3:1 パターンに分割され、合計 3×4  = 12 本の線、つまり 4 重線の 3 つになります。観測された EPR スペクトルのシミュレーションが示されており、12 本の線の予測と予想される線強度と一致しています。結合定数が小さい (線間隔が小さい) のは 3 つのメトキシ水素によるものであり、結合定数が大きい (線間隔が大きい) のは、不対電子を持つ炭素原子に直接結合している 2 つの水素によるものであることに注意してください。結合定数は、ラジカルの不対電子からの距離とともに小さくなることが多いですが、エチルラジカル (CH ₂ CH ₃ ) など、注目すべき例外もあります。

共鳴線幅は、磁束密度Bとその対応する単位で定義され、EPRスペクトルのx軸に沿って、線の中心から選択された基準点まで測定されます。これらの定義された幅は半幅と呼ばれ、いくつかの利点があります。非対称線の場合、左半幅と右半幅の値を指定できます。${\displaystyle \Delta B_{h}}$は、共鳴線の中心から、共鳴線の中心における最大吸収値の半分の吸収値となる点までの距離です。${\displaystyle \Delta B_{1/2}}$は、線の中心から吸収曲線が最大傾斜する点までの距離です。実際には、線幅の完全な定義が使用されます。対称線の場合、半幅${\displaystyle \Delta B_{1/2}=2\Delta B_{h}}$、および全傾斜幅${\displaystyle \Delta B_{\text{max}}=2\Delta B_{1s}}$。

EPRは、化学反応で生成されるラジカルと反応そのものの両方を研究するための、感度が高く特異的な手法です。例えば、氷（固体H₂O _）が高エネルギー放射線にさらされて分解されると、H、OH、HO₂などのラジカル_{が生成されます。このようなラジカルはEPRによって同定および研究することができます。有機および無機ラジカルは、電気化学システムや}紫外線にさらされた材料で検出できます。多くの場合、ラジカルを生成する反応とその後のラジカルの反応が関心の対象となりますが、EPRはラジカルの幾何構造や不対電子の軌道に関する情報を提供するためにも使用されます。

EPRは、常磁性錯体や反応中間体の特性評価において、均一系触媒研究で有用である。^{[ 10 ]} EPR分光法は、それらの電子構造を調査するのに特に有用なツールであり、これはそれらの反応性を理解する上で基礎となる。

EPR/ESR分光法は、ラジカルの分解と生成のバランスが、使用する分光計の検出限界を超えるフリーラジカル濃度を維持している系にのみ適用可能です。これは、液体中の反応を研究する際に特に深刻な問題となることがあります。代替的なアプローチとして、77 K（液体窒素）や4.2 K（液体ヘリウム）などの極低温に保たれた試料を研究することで反応速度を遅くする方法があります。この研究の一例として、X線照射されたアミノ酸単結晶中のラジカル反応の研究があり、この研究によってラジカル反応の活性化エネルギーや速度定数が得られることがあります。

EPR の医学的および生物学的応用も存在します。ラジカルは非常に反応性が高いため、通常は生物界で高濃度で存在しませんが、目的の分子に「スピンラベル」または「スピンプローブ」と呼ばれるものを取り付けるための特殊な試薬が開発されています。特別に設計された非反応性ラジカル分子は、生物細胞内の特定の部位に付着することができ、EPR スペクトルはスピンラベルの環境に関する情報を提供します。スピンラベルされた脂肪酸は、生体膜における脂質の動的な組織化^{[ 11 ]} 、脂質-タンパク質相互作用^{[ 12 ]}、ゲル相から液晶相への転移温度^{[ 13 ]}の研究に広く使用されています。スピンラベルされた分子を注入すると、生体の電子共鳴イメージングが可能になります。

線量測定システムの一種は、照射された多結晶α-アラニンからのラジカル（アラニン脱アミノラジカル、水素引き抜きラジカル、および（CO ⁻ (OH))=C(CH ₃ )NH + 2ラジカル）のEPR信号に基づいて、参照標準および医療における日常使用のために設計されています。この方法は、 1 Gyから100 kGyの範囲の線量のガンマ線、X線、電子、陽子、および高線エネルギー付与（LET）放射線の測定に適しています。^{[ 14 ]}

EPRは、薬物送達システム内の微小粘度と微小極性の測定、およびコロイド状薬物担体の特性評価に使用できます。 ^{[ 15 ]}

生物物質中の放射線誘発フリーラジカルの研究（がん研究のため）では、組織に水が含まれているという問題が加わります。水は（電気双極子モーメントのため） EPR分光計で使用されるマイクロ波領域に強い吸収帯を持っています。

EPR/ESR分光法は、地質学や考古学において年代測定ツールとして使用されています。有機頁岩、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、シリカ、その他のケイ酸塩など、幅広い物質に適用できます。^{[ 16 ]}頁岩に適用した場合、EPRデータは頁岩中のケロゲンの成熟度と相関します。^{[ 17 ]}

EPR分光法は、アスファルテンやバナジウム含有量の測定など、原油の特性を測定するために使用されてきました。^{[ 18 ]} EPR信号のフリーラジカル成分は、油中に存在する可能性のある溶媒や沈殿剤に関係なく、油中のアスファルテンの量に比例します。^{[ 19 ]}しかし、油がヘキサン、ヘプタン、ピリジンなどの沈殿剤にさらされると、その後、重量法によって油からアスファルテンの大部分を抽出できます。その抽出物のEPR測定は、使用された沈殿剤の極性の関数になります。^{[ 20 ]}したがって、EPR測定を原油に直接適用することが望ましいです。分離器（石油生産設備）の上流で測定を行う場合、原油中の油分率を決定する必要が生じる場合もあります（例えば、ある原油が80％の油と20％の水を含んでいる場合、EPRシグネチャは分離器下流のシグネチャの80％になります）。

EPRは考古学者によって歯の年代測定に用いられてきた。長期間にわたる放射線損傷は歯のエナメル質にフリーラジカルを生成し、これをEPRで検査し、適切な校正を行った後、年代測定を行うことができる。同様に、歯科治療中に人の歯から採取した物質は、電離放射線への累積被曝量を定量化するために使用できる。原子爆弾^{[ 22 ]}、チェルノブイリ原発事故^{[ 23 ] [24 ]} 、福島原発事故^{[ 25 ]}からの放射線に被曝した人（およびその他の哺乳類^{[ 21 ] ）は、}この方法で検査されている。

放射線殺菌された食品はEPR分光法で検査されており、食品サンプルが照射されたかどうか、またどのくらいの線量で照射されたかを判断する方法を開発することを目的としている。^{[ 26 ]}

動的核偏極（DNP）との関係^{[ 27 ]}

動的核偏極（DNP）は、マイクロ波をシステムに照射し、サンプル内のラジカル種の偏極を標的核に伝達するNMR分光法の信号増強法の一種です。光学的に偏極されたラジカルを使用する方法を開発する際には、通常、過渡的EPRとパルスEPRを組み合わせて偏極の大きさを特徴付けます。   ^{[ 28 ]}

過渡的EPR

過渡EPR（時間分解EPRまたはtrEPRとも呼ばれる）は、ナノ秒からマイクロ秒の分解能で、光誘起された常磁性種をリアルタイムで時間分解して研究するために使用されるEPR分光法です。連続波EPRとは異なり、過渡EPRでは、レーザーを使用して分子を励起状態に置くと同時に、ナノ秒の時間スケールでデータが収集されます。標準的な1D過渡EPR時間トレース実験では、磁場強度B0とマイクロ波周波数は一定に保たれます。EPR時間トレースプロファイルを作成するには、磁場パラメータを変更できるように十分なデータを収集する必要があります。これは、すべての共鳴が記録されるまで繰り返されます。記録される主要なデータセットは2次元です。つまり、時間と磁場に対する過渡EPR信号振幅です。過渡EPRは、DNPに潜在的な応用がある開発中の光ポンピング偏光剤の偏光を特徴付けるために使用されます。^{[ 29 ]}

EPRは、常磁性種や不対電子を検出するために機能するため、電気化学分野で非常に重要な技術です。この技術は、1958年に電気化学によって生成されたフリーラジカルを検出するためにEPRを使用したという報告から始まり、この分野と結びついた長い歴史があります。Austen、Given、Ingram、およびPeoverが行った実験では、芳香族の溶液を電気分解し、EPR装置に入れたところ、幅広い信号応答が得られました。^{[ 30 ]}この結果は特定の同定には使用できませんでしたが、EPR信号の存在は、フリーラジカル種が中間状態として電子移動反応に関与しているという理論を検証しました。その後すぐに、他のグループがin situ電気分解とEPRを組み合わせる可能性を発見し、装置のキャビティ内に封入された水銀電極からニトロベンゼンアニオンラジカルの最初の分解スペクトルを作成しました。 ^{[ 31 ]}それ以来、EPRが電気化学分野に及ぼす影響は拡大するばかりで、他の電気分解反応によって生成されたフリーラジカルを監視する方法として機能しています。

近年では、EPRは電気化学の分野でも酸化還元フロー反応や電池の研究に用いられています。その場での測定が可能なため、EPR装置内に電気化学セルを構築し、NMRに必要な濃度よりも低い濃度で、反応に関与する短寿命の中間体を捕捉することが可能です。多くの場合、NMRとEPRの実験を組み合わせて、電気化学反応の経時的な全体像を把握します。また、EPR信号が校正標準を参照した二重積分に比例するため、EPRを用いて特定のラジカル種の濃度を決定することも可能になります。具体的な応用例としては、リチウムイオン電池、特にLi-S電池における硫酸イオン生成の研究や、Li-O2電池における4-oxo-TEMPから4-oxo-TEMPOへの変換による酸素ラジカル生成の研究が挙げられます。^{[ 32 ] [ 33 ]}

EPRのその他の電気化学的応用例は、水浄化反応や酸素還元反応の文脈で見ることができる。水浄化反応では、一重項酸素やヒドロキシルラジカル、酸素ラジカル、水素ラジカルなどの反応性ラジカル種が常に存在し、水質汚染物質の分解中に電気化学的に生成される。これらの中間体は非常に反応性が高く不安定であるため、ラジカル種を特異的に識別できるEPRのような技術が必要となる。^{[ 34 ]}

量子コンピューティングの分野では、パルスEPRを用いて、ダイヤモンド、シリコン、ガリウムヒ素などの材料中の電子スピン量子ビットの状態を制御する。

マイクロ波ブリッジには、マイクロ波源と検出器の両方が含まれています。^{[ 37 ]}旧式の分光計は、マイクロ波を生成するためにクライストロンと呼ばれる真空管を使用していましたが、現代の分光計はガンダイオードを使用しています。マイクロ波源の直後には、マイクロ波周波数の変動を引き起こす可能性のある、ソースへの反射を減衰させるアイソレータがあります。^{[ 4 ]}ソースからのマイクロ波電力は、方向性結合器を通過し、マイクロ波電力を2つの経路に分割します。1つはキャビティに向かい、もう1つは参照アームに向かいます。両方の経路に沿って、マイクロ波電力の流れを精密に制御できる可変減衰器があります。これにより、サンプルに照射されるマイクロ波の強度を正確に制御できます。参照アームでは、可変減衰器の後に位相シフターがあり、参照信号と反射信号の間​​に定義された位相関係を設定し、位相に敏感な検出を可能にします。

ほとんどのEPR分光計は反射型分光計であり、検出器は共振器から戻ってくるマイクロ波放射のみに曝される必要があります。これは、サーキュレーターと呼ばれる装置を使用することで実現されます。サーキュレーターは、共振器に向かう分岐からのマイクロ波放射を共振器内に導きます。試料に吸収された反射マイクロ波放射は、サーキュレーターを通って検出器に送られ、マイクロ波源に戻らないようにします。基準信号と反射信号は合成され、マイクロ波電力を電流に変換する検出器ダイオードに送られます。

EPR分光計では、磁気アセンブリには、専用電源を備えた磁石と、ホールプローブなどの磁場センサーまたはレギュレーターが含まれます。EPR分光計は、動作マイクロ波周波数（必要な磁場強度の範囲を決定する）によって決まる2種類の磁石のいずれかを使用します。1つ目は電磁石で、一般的に最大1.5 Tの磁場強度を生成できるため、Qバンド周波数を使用した測定に適しています。Wバンドおよびそれ以上の周波数での動作に適した磁場強度を生成するために、超伝導磁石が使用されます。磁場はサンプル体積全体にわたって均一であり、静磁場において高い安定性を持ちます。

マイクロ波共振器は、EPR遷移を誘起するために試料におけるマイクロ波磁場を増強するように設計されています。これは、マイクロ波と共鳴する長方形または円筒形の金属製の箱です（オルガンのパイプが音波と共鳴するのと同様です）。共振周波数では、マイクロ波は共振器内に留まり、反射されません。共振とは、共振器がマイクロ波エネルギーを蓄積することを意味し、その蓄積能力は、次の式で定義される品質係数Qで表されます。

${\displaystyle Q={\frac {2\pi ({\text{energy stored}})}{({\text{energy dissipated}})}}}$

Qの値が高いほど、分光計の感度が高くなります。散逸エネルギーは、マイクロ波の 1 周期で失われるエネルギーです。マイクロ波は電流を発生させ、それが熱を発生させるため、エネルギーはキャビティの側壁に失われる可能性があります。共鳴の結果、キャビティ内に定在波が生成されます。電磁定在波は、電場と磁場の成分が完全に逆位相です。これにより、電場がマイクロ波の非共鳴吸収を引き起こし、散逸エネルギーが増加してQが減少するという利点があります。最大の信号、ひいては感度を得るために、サンプルは磁場の最大値と電場の最小値の間に配置されるように配置されます。磁場の強度が吸収イベントが発生するほどになると、余分なエネルギー損失のためにQの値は減少します。これによりインピーダンスが変化し、キャビティが臨界結合されなくなります。つまり、マイクロ波は検出器 (マイクロ波ブリッジ内) に反射され、そこで EPR 信号が検出されます。^{[ 38 ]}