Большая советская энциклопедия

МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ,областьрадиоспектроскопии,в которой исследуются спектры веществ в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн(микроволныилисверхвысокие частоты).Т. к. в этот диапазон попадает большинство вращательных и вращательно-инверсионных спектров молекул (см.Молекулярные спектры),наблюдение которых в твёрдых телах и жидкостях невозможно, то М. с. часто отождествляют с радиоспектроскопией газов. М. с. - эффективный метод физ. и хим. исследований. Измерение частот вращат. спектров молекул позволяет с большой степенью точности определить структуру молекул и изучить природухимической связи.Вращат. спектр поглощения молекулы зависит от её конфигурации, т. е. от принадлежности молекулы к типу линейных, сферических, симметричных или асимметричных волчков (см.Молекула).Вращат. спектр любой молекулы может быть рассчитан, если известны еёмоменты инерции,к-рые зависят от конфигурации и размеров молекулы. Сравнение теоретически рассчитанных вращат. спектров молекул с экспериментально наблюдаемыми позволяет определить конфигурацию молекулы, длины связей и углы между ними.

Представление о молекуле как о жёстком образовании является приближённым. Колебания атомов, составляющих молекулу, приводят к расщеплению линий вращат. спектра и к возникновению тонкой структуры. В спектрах линейных молекул и молекул типа симметричного волчка возможно т. н. /-удвоение линий, а в спектрах молекул типа асимметричного волчка, обладающих плоскостью инверсии,- инверсионное расщепление. Спектрыl-удвоения наблюдаются, напр., у молекулы HCN, причём переходы между уровнями удвоения попадают в диапазон длин волн лямбда ~ 3мм.Единственной молекулой, у к-рой наблюдается инверсионное расщепление энергетич. уровней, является молекула аммиака (NH3, ND3, NHD2). Инверсионный спектр NH3попадает в область длин волн лямбда-1,3см,а спектр ND3лежит в диапазоне лямбда~15-18см.Обе эти молекулы использовались в первых квантовых генераторах (см.Молекулярный генератор).

Сверхтонкая структура вращат. молекулярных спектров обусловлена слабыми взаимодействиями электрич. и магнитных моментов атомных ядер между собой и с полем, создаваемым электронами в молекуле. Квадрупольная сверхтонкая структура спектров вызвана взаимодействиемквадрупольного момента ядра сэлектрическим внутримолекулярным полем, а магнитная сверхтонкая структура связана с взаимодействием магнитных моментов ядер между собой и с магнитным полем, обусловленным вращением молекулы как целого. Наблюдение квадрупольной сверхтонкой структуры даёт информацию оспине,квадрупольном и магнитном моментах ядер, входящих в состав молекулы.

Для исследования вращательных спектров молекул волны от генератора СВЧ пропускают через волноводную ячейку, заполненную исследуемым газом, откуда они попадают на детектор, сигнал к-рого подаётся на регистрирующий прибор (напр.,осциллограф). Сигнал детектора пропорционален мощности, поглощённой в волноводе. Плавно изменяя частоту генератора, определяют резонансную частоту v и степень (интенсивность) поглощения. Иногда вместо волноводной ячейки применяютсяобъёмные резонаторы,имеющие большую добротность. Недостаток резонаторных ячеек по сравнению с волноводными -их узкополосность; практически для каждой спектральной линии приходится конструировать отдельный резонатор. Для повышения чувствительности радиоспектроскопов интенсивность линии модулируют с помощью электрического или магнитного полей. Модуляция происходит за счёт расщепления линий в электрическом(Штарка эффект)или магнитном(Зеемана эффект)полях.

В диапазоне СВЧ существуют достаточно мощные монохроматич. генераторы(клистроны),поэтому разрешающая сила радиоспектроскопа определяется шириной спектральной линии, к-рая в газе обусловлена гл. обр.Доплера эффектоми соударениями молекул друг с другом и со стенками ячейки. Ширину линии дельтаv, обусловленную соударениями молекул, можно уменьшить, понижая давление в ячейке. Обычно оно ~ 0,13н/м2(10-3мм рт. ст.), aдельта v~(1-5)-104гц.

Для уменьшения ширины спектральных линий применяют метод молекулярных пучков, в к-рых практически полностью отсутствуют соударения молекул друг с другом (см.Молекулярные и атомные пучки).Ширина линий в этом случае может быть уменьшена до величины ~ 103гц,что позволяет наблюдать не только квадрупольную, но и магнитную сверхтонкую структуру. Применение молекулярных пучков связано с уменьшением интенсивности линии. Однако существуют спец. методы, повышающие их интенсивность. Сущность их состоит в след.: коэфф. поглощения волны пропорционален разности населённостейуровней энергии,между к-рыми происходит переход. Если "очистить" от частиц верхний энергетич. уровень или увеличить в несколько раз населённость нижнего уровня, то интенсивность спектральной линии увеличится вkT/hvраз(Т -темп-pa газа,k - Болъцмана постоянная, hv -энергия поглощаемого кванта электромагнитного поля СВЧ). В молекулярном пучке это можно осуществить с помощью неоднородных электрических или магнитных полей, а в равновесном газе - с помощью вспомогательного излучения (см.Квантовая электроника).

Лит.:Т а у н с Ч., Шавлов А., Ра-диоспектроскопия, пер. с англ., М., 1959; Г о р д и В., Смит В., Трамбару-ло Р., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1953.

А. Н. Ораевский.




  1. микроволновая спектроскопия—область радиоспектроскопии См. Радиоспектроскопияem в которой исследуются спектры веществ в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн Микроволны или Сверхвысокие...Большая Советская энциклопедия II
  2. микроволновая спектроскопия—радиоспектроскопия в диапазоне СВЧ....Большой энциклопедический словарь II
  3. микроволновая спектроскопия—МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ радиоспектроскопия в диапазоне СВЧ....Большой энциклопедический словарь III
  4. микроволновая спектроскопия—МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ радиоспектроскопия в диапазоне СВЧ....Большой Энциклопедический словарь V
  5. микроволновая спектроскопия—радио спектроскопия в диапазоне СВЧ....Естествознание. Энциклопедический словарь
  6. микроволновая спектроскопия—spectroscopie en microondes...Политехнический русско-французский словарь
  7. микроволновая спектроскопия—microwave spectroscopy...Русско-английский словарь по физике
  8. микроволновая спектроскопия—spettroscopia a microonde...Русско-итальянский политехнический словарь
  9. микроволновая спектроскопия—Mikrowellenspektroskopie...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  10. микроволновая спектроскопия—Mikrowellenspektroskopie...Русско-немецкий химический словарь
  11. микроволновая спектроскопия—мкрохвильова спектроскопя...Русско-украинский политехнический словарь
  12. микроволновая спектроскопия—spectroscopie microonde...Русско-французский словарь по химии
  13. микроволновая спектроскопия—МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ радиоспектроскопия в диапазоне СВЧ....Современный энциклопедический словарь
  14. микроволновая спектроскопия—радиоспектроскопия сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн l СВЧ. Т. к. в этот диапазон попадает большинство вращательных и вращательнопнверсионных спектров ...Физическая энциклопедия
  15. микроволновая спектроскопия—раздел радиоспектроскопииi изучающий электромагн. спектры сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн частоты w supsup Гц. В этой части спектра проявляются враща...Химическая энциклопедия
  16. микроволновая спектроскопия—МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ радиоспектроскопия в диапазоне СВЧ....Энциклопедический словарь естествознания
  17. микроволновая спектроскопия—Термин микроволновая спектроскопияdd Термин на английском microwave spectroscopydd Синонимы dd Аббревиатуры dd Связанные термины колебательная спектроскопияdd Определение...Энциклопедический словарь нанотехнологий