Ротационная спектроскопия

Вращательная спектроскопия Вращательная спектроскопия Измерение энергий переходов между вращательными состояниями молекул в газовой фазе   Наблюдение спектров полярных молекул с помощью […]

Вращательная спектроскопия

  • Вращательная спектроскопия

    • Измерение энергий переходов между вращательными состояниями молекул в газовой фазе  
    • Наблюдение спектров полярных молекул с помощью микроволновой или дальней инфракрасной спектроскопии  
    • Наблюдение спектров неполярных молекул с помощью рамановской спектроскопии  
  • Классификация молекул

    • Сферические вершины, линейные молекулы, симметричные вершины  
    • Аналитические выражения для энергии вращения для сферических вершин и симметричных вершин  
    • Численные методы для асимметричных вершин  
  • Теоретические расчеты

    • Молекулы рассматриваются как жесткие роторы  
    • Учет центробежного искажения, тонкой структуры, сверхтонкой структуры и кориолисовой связи  
    • Приведение спектров к теоретическим выражениям для получения угловых моментов инерции  
  • Применение вращательной спектроскопии

    • Исследование молекулярной структуры молекул в газовой фазе  
    • Создание барьеров для внутреннего вращения  
    • Изучение слабых молекулярных взаимодействий  
    • Изучение химического состава межзвездной среды  
  • Микроволновые переходы

    • Измерение переходов в лаборатории и согласование с излучениями из межзвездной среды  
    • Обнаружение NH3 и монооксида хлора в межзвездной среде  
    • Современные проекты в астрохимии с использованием радиотелескопов  
  • Классификация молекулярных роторов

    • Молекулы классифицируются по симметрии на сферические вершины, линейные молекулы и симметричные вершины  
    • Для линейных молекул энергетические уровни описываются одним моментом инерции и одним квантовым числом  
    • Для симметричных вершин существует два момента инерции и энергия зависит от второго квантового числа  
  • Правила выбора

    • Микроволновые и дальние инфракрасные спектры: переходы возможны только для молекул с постоянным электрическим дипольным моментом  
    • Спектры комбинационного рассеяния: переходы возможны при анизотропной поляризуемости молекул  
  • Единицы измерения

    • Единицы измерения зависят от типа измерения: инфракрасные спектры в шкале волновых чисел  
  • Единицы измерения и связь между ними

    • Единица измерения для микроволновых спектров — гигагерц (ГГц).  
    • Связь между частотой и длиной волны: ν = 1/λ.  
    • 1 ГГц = 109 Гц.  
  • Влияние вибрации на вращение

    • Вибрация насыщает низкочастотные состояния.  
    • Постоянные вращения уменьшаются при возбуждении вибрации.  
    • Кориолисова связь не влияет на вращение при низких колебательных квантовых числах.  
  • Влияние вращения на колебательные спектры

    • Теория вращательных энергетических уровней разработана для инфракрасной спектроскопии.  
    • Энергия вращения добавляется к энергии вибрации.  
    • R-ветвь: одновременное возбуждение вибрации и вращения.  
    • P-ветвь: потеря кванта энергии вращения, приобретение кванта энергии колебаний.  
    • Q-ветвь: чисто вибрационный переход.  
  • Структура вращательных спектров

    • Сферические вершины: вращательные константы можно получить с помощью ро-колебательной спектроскопии.  
    • Линейные молекулы: жесткий ротор описывает вращающуюся молекулу.  
    • Правила отбора: ΔJ = ±1.  
  • Интенсивность линий вращения

    • Вероятность перехода зависит от численности населения исходного состояния.  
    • Максимальная относительная интенсивность при J = 1.  
  • Центробежное искажение

    • Центробежная сила увеличивает момент инерции, уменьшая B.  
    • Поправки на центробежное искажение изменяют положения линий.  
  • Кислород

    • Электрический дипольный момент O2 равен нулю, но возможны магнитно-дипольные переходы.  
    • Каждый вращательный уровень разделяется на три состояния.  
    • Правила выбора допускают переходы между последовательными членами триплета.  
  • Симметричная вершина

    • Для симметричных роторов J связано с полным моментом импульса молекулы.  
  • Вращение молекул и квантовые числа

    • Для заданного значения J существует вырождение в 2J+1 раз.  
    • Третье квантовое число K связано с вращением молекулы вокруг главной оси.  
    • Энергия вращения зависит от J и K, в приближении жесткого ротора.  
  • Асимметричный верх

    • Квантовое число J относится к полному угловому моменту.  
    • Для асимметричного верха необходимо учитывать еще два независимых квантовых числа.  
    • Молекула воды является важным примером асимметричного верха.  
  • Квадрупольное расщепление

    • Ядро с квадрупольным моментом расщепляет уровни энергии вращения.  
    • Наблюдение за расщеплением позволяет определить величину ядерного квадрупольного момента.  
  • Эффекты Старка и Зеемана

    • В присутствии внешнего электрического поля вырождение частично устраняется.  
    • В магнитном поле парамагнитные молекулы также испытывают эффект Зеемана.  
  • Вращательная рамановская спектроскопия

    • Вращательные переходы можно наблюдать с помощью рамановской спектроскопии.  
    • Спектры комбинационного рассеяния света высокого разрешения можно получить с помощью инфракрасного спектрометра.  
  • Инструменты и методы

    • Современные спектрометры используют смесь коммерчески доступных и изготовленных на заказ компонентов.  
    • Микроволновая спектроскопия позволяет изучать образцы при комнатной температуре.  
  • Поглощающие ячейки и абсолютная модуляция

    • Микроволновый спектрометр состоит из источника, поглощающей ячейки и детектора.  
    • Резкая модуляция позволяет использовать фазочувствительные методы обнаружения.  
  • Микроволновая спектроскопия с преобразованием Фурье (FTMW)

    • Метод основан на оптических уравнениях Блоха.  
    • Вводится короткий микроволновый импульс, молекулы когерентно вращаются.  
    • Метод позволяет исследовать образцы за миллисекунды.  
  • Сверхвысокочастотный спектрометр Balle-Flygare

    • Метод FTMW применен в «ячейке свободного пространства».  
    • Охлаждение молекул до низких температур повышает чувствительность и разрешающую способность.  
  • Чирпированный импульсный сверхвысокочастотный спектрометр

    • Прибор использует высокоскоростной генератор сигналов и осциллограф.  
    • Обеспечивает широкополосную связь и высокую чувствительность.  
  • Описание прибора

    • Прибор позволяет изучать слабосвязанные молекулы  
    • Использует полосу пропускания измерений 12 ГГц  
    • Расширенная полоса по сравнению со спектрометром Balle-Flygare FTMW  
  • Модифицированные версии

    • Модифицированные версии CP-FTMW созданы в США, Канаде и Европе  
    • Обеспечивают широкополосную связь  
    • Дополняют высокую чувствительность и разрешение Balle-Flygare  
  • Дополнительные ресурсы

    • Записи  
    • Рекомендации  
    • Библиография  
    • Внешние ссылки  
    • Имитатор инфракрасных газовых спектров  
    • Статья по гиперфизике, посвященная вращательному спектру  
    • Список исследовательских групп по микроволновой спектроскопии по всему миру  

Полный текст статьи:

Ротационная спектроскопия

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх