La résonance paramagnétique électronique a été découverte en 1945 par Zavoisky.

Un électron dans une molécule est associé à un nombre quantique dit nombre de spin : M_s = +1/2 ou M_s = -1/2.

Les électrons ont tendance à s'apparier deux à deux (un électron M_s = +1/2 et un électron M_s = -1/2). Le spin de la molécule est alors : S = 0.

Lorsque ce n'est pas le cas, le système contient un ou des électron(s) célibataire(s) ou non-appariés : s'il n'y en a qu'un, le spin est de 1/2. L'électron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs énergétiques différentes : M_s = +1/2 et M_s = -1/2 (schéma ci-dessous).

Source : Electron Paramagnetic Resonance

Sous l'action d'un champ magnétique B, l'énergie apportée peut faire passer l'électron d'un niveau énergétique à l'autre : la transition a lieu si : ΔM_s = 1. C'est le phénomène de résonance paramagnétique électronique.

L'énergie de l'onde électromagnétique (9 à 10 GHz) qui fait passer le spin de l'électron d'un niveau énergétique à l'autre vaut : ΔE = hν = γ . β . B

• ΔE : différence d'énergie entre les deux états de spin
• h : constante de Planck
• ν : fréquence de l'onde électromagnétique
• γ_e : rapport gyromagnétique de l'électron paramagnétique (qui vaut : - q/2.m_e)
• β : magnéton de Bohr de l'électron
• B : champs magnétique

Exemple de spectre de résonance paramagnétique électronique de l'hémoglobine ¹⁵NO (spectre A) et de l'hémoglobine ¹⁴NO (spectre B) :

Source : Méthodes biophysiques