Физическая энциклопедия

РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ


раздел физики, в рамках к-рого исследуются переходы между энергетич. уровнями квантовой системы, индуцированные эл.-магн. излучением радиодиапазона (см. РАДИОВОЛНЫ).
Многообразие резонансных явлений, вызванных этими переходами, обусловливает популярность методов Р. Возникнув в экспериментах с молекулярными и атомными пучками (метод Раби), методы Р. в дальнейшем распространились на в-ва в газообразном, жидком и тв. состояниях.
Р. отличается от оптич. спектроскопии и инфракрасной спектроскопии специфич. особенностями: а) благодаря малым частотам w и, следовательно, малым энергиям квантов ћw в Р. исследуются квант. переходы между близко расположенными уровнями энергии. Это делает возможным изучение таких вз-ствий в в-ве, к-рые вызывают очень малые расщепления энергетич. уровня, незаметные для оптич. спектроскопии. В Р. исследуются вращат. и инверсионные уровни; зеемановское расщепление уровней эл-нов и ат. ядер во внеш. и внутр. магн. полях (см. МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС); уровни, образованные вз-ствием квадрупольных моментов ядер с внутр. электрич. полями (см. ЯДЕРНЫЙ КВАДРУПОЛЬНЫЙ РЕЗОНАНС) и вз-ствием эл-нов проводимости с внеш. магн. полем (см. ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС). В магнитоупорядоченных средах наблюдается резонансное поглощение радиоволн, связанное с коллективным движением магн.моментов эл-нов (см. ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, АНТИФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС) Естеств. ширина спектральной линии в радиодиапазоне очень мала (Dwо=w3). Наблюдаемая ширина Dw обусловлена разл. тонкими вз-ствиями в в-ве. Анализ ширины и формы линий позволяет количественно их оценивать, причём ширина и форма линии в Р. может быть измерена с очень большой точностью. в) Измерение длины волны l, характерное для оптич. спектроскопии, в Р. заменяется измерением частоты w, что осуществляется обычно радиотехнич. методами с большой точностью. Это позволяет измерять тонкие детали спектров, связанные с малыми сдвигами уровней систем, участвующих в поглощении радиоволн.
Оптическая накачка и оптическая ориентация ат. систем расширили содержание Р., позволив применить методику магн. резонанса к изучению основного и возбуждённых состояний атомов в газах при очень низких давлениях =10-6—10-3 мм рт. ст. (атомов, обладающих либо электронным, либо яд. парамагнетизмом). Оптич. накачка обогатила Р. новыми явлениями (многофотонные процессы, параметрич. резонанс и др.), связанными с различными проявлениями вз-ствия радиочастотных полей с в-вом. Нелинейная Р. исследует отклик ат. системы на воздействие сильного радиочастотного поля.
М е т о д ы и з м е р е н и й. Исследуемое в-во помещают в радиочастотное поле, амплитуду к-рого измеряют при резонансе и без него. Разность амплитуд определяет коэфф. поглощения энергии в образце. Обычно используют стоячую волну в объёмном резонаторе (ЭПР, ЯМР, ЯКР и ЦР) или же бегущую волну в радиоволноводе. В случае резонатора образец помещают в пучность электрич. поля при наблюдении электрич. переходов л в пучность магн. поля, если наблюдаются магн. переходы.
П р и м е н е н и е. Методами Р. можно определять структуру тв. тел, жидкостей, молекул, магн. и квадрупольные моменты ат. ядер, симметрию поля окружения, валентность ионов, электрич. и магн. свойства атомов, молекул радикалов и др. Методы Р. применяются для качеств. и количеств анализа в-в. В Р. впервые наблюдалось вынужденное излучение, что привело к созданию квантовых генераторов и усилителей сначала в радио-, а затем в оптич. диапазонах (см. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, ЛАЗЕР).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ

-раздел физики, в к-ром изучаются спектры поглощения разл. веществ в диапазоне радиоволн (на частотах эл.-магн. поля от 103до 6·1011Гц). В более широком смысле к Р. относят также исследования резонансной дисперсии, релаксации, нелинейных явлений, индуциров. испускания и др. явлений резонансного взаимодействия эл.-магн. и аку-стич. полей указанного диапазона с квантовыми системами.

Резонансное поглощение в диапазоне радиоволн обусловлено индуциров. переходами между уровнями энергии атомов, молекул, атомных ядер и пр., удовлетворяющими условию


где v - частота радиоволны. Такие интервалы энергии возникают, напр., при взаимодействии магн. моментов электронов и ядер с внеш. магн. полем [см.Зе-емана эффект, Электронный парамагнитный резонанс(ЭПР),Ядерный магнитный резонанс(ЯМР)]; элект-рич. квадрупольных моментов ядер с градиентом внут-рикристаллич. поля [см.Ядерный квадрупольный резонанс(ЯКР)]; при взаимодействии магн. моментов электронов и ядер (сверхтонкое расщепление уровней энергии); во вращательных спектрах молекул в газах (см.Микроволновая спектроскопия);при туннелирова-нпи атомов, ионов и молекулярных фрагментов в кристаллах и стёклах; при коллективном взаимодействии электронов в магнитоупорядоченных веществах (см.Ферромагнитный резонанс, Антиферромагнитный ре-зонанс);при движении электронов проводимости в магн. поле (см.Циклотронный резонанс)и пр. Интервалы между уровнями энергии, изучаемые в Р., обычно соответствуют диапазону СВЧ (109-3·1011Гц), а в случае ЯМР и ЯКР - диапазону ВЧ (103-3·108Гц). Столь малые интервалы, как правило, не удаётся разрешить в оптич. и ИК-спектрах, их можно зарегистрировать только методами Р.

По сравнению с оптич.спектроскопиейнинфракрасной спектроскопиейР. имеет ряд особенностей. В Р. практически отсутствует аппаратурное уширение спектральных линий, поскольку в качестве источника радиоволн используют когерентные генераторы, а частоту v можно измерить с высокой точностью. Отсутствует и типичное для оптич. диапазона радиационное уширение, т. к. вероятность спонтанного испускания, пропорциональная v3, в диапазоне радиоволны пренебрежимо мала. Из-за малой энергииhvна единицу мощности приходится большое число квантов, что практически устраняет квантовомеханич. неопределённость фазы радиочастотного поля, к-рое можно описывать классически. Всё это позволяет получать информацию о веществе из точных измерений формы резонансных линий, к-рая определяется в Р. взаимодействием микрочастиц друг с другом, с тепловыми колебаниями матрицы и др. полями, а также их движением (в частности,Доплера эффектомв газах). Ширина линий в Р. меняется в очень широких пределах: от ~1 Гц для ЯМР в жидкостях до ~1010Гц для ЭПР в концентриров. парамагнетиках, ферромагн. резонанса,параэлектрического резонансаионов в твёрдых телах.

С др. стороны, из-за малой величины уменьшается чувствительность методов Р. Интенсивность регистрируемых спектров определяется преобладанием поглощения эл.-магн. энергии над её индуциров. испусканием, т. е. разностью населённостейNj-Niуровней энергии, между к-рыми происходят переходы. В условиях теплового равновесия при темп-реТэти населённости подчиняютсяБольцмана распределению,откуда для невырожденных уровней


В оптич. спектроскопии, как правило, (заселён практически только ниж. уровень); в Р., напротив, вплоть доТ~ 1 К выполняется неравенство поэтому величина DNмала и обратно пропорциональна темп-ре.

Для получения спектров исследуемое вещество помещают в объёмный резонатор, волновод или ВЧ-кон-тур и в зависимости от типа резонансных переходов (магн. или электрич.) подвергают действию соответствующей компоненты эл.-магн. поля. Магн. дипольные переходы характерны для всех видовмагнитного резонанса(ЭПР, ЯМР, ЯКР и т. д.), электрич. переходы - для микроволновых спектров газов, параэлект-рич. резонанса и др. Эксперим. методы регистрации спектров в Р. можно разделить на стационарные, импульсные и косвенные.

В стационарных методах образец непрерывно облучают достаточно слабым (не вызывающим когерентных эффектов) эл.-магн. полем, частоту к-рого медленно изменяют. При выполнении условия (1) часть энергии поля поглощается веществом, что регистрируют по соответствующему уменьшению амплитуды эл.-магн. колебаний. Зависимость коэф. поглощения от частоты v и представляет собой стационарный спектр поглощения. Вместо изменения частоты в Р. часто применяют эквивалентное изменение внеш. магн. или элект-рич. поля, влияющего на условие резонанса (1).

МощностьPэл.-магн. поля, поглощаемая веществом на частоте v, равна


где DNопределяется ф-лой (2),g(v) - плотность состояний на частоте перехода, определяющая форму и ширину линии поглощения, а величинаWijпропорциональна недиагональному матричному элементу оператора магн. (электрич.) дипольного момента частицы и амплитуде соответствующей компоненты радиочастотного поля.

Стационарное поглощение веществом мощностиP.предполагает дальнейшую передачу энергии термостату, роль к-рого обычно выполняют степени свободы, связанные с тепловым движением (колебания кристал-лич. решётки, хаотич. движение молекул жидкости, кинетич. энергия электронов проводимости и пр.). Указанный процесс называют продольной релаксацией и характеризуют постоянной времени т1. При росте мощности эл.-магн. поля до значений, обеспечивающих условие продольная релаксация уже не успевает отводить в термостат поступающую энергию, происходит насыщение резонансного поглощения (DN: 0). Насыщение используют в Р. для измерения т1и получения информации о движении частиц, спин-фононных взаимодействиях и пр.

Импульсные методы получили распространение в ЯМР, ЯКР и отчасти в ЭПР. При этом вещество подвергается действию короткого мощного радиочастотного импульса, переводящего систему частиц в когерентное нестационарное квантовое состояние, являющееся суперпозицией состояний иВозникающее при этом движение ансамбля

частиц (в случае магн. резонанса - когерентная прецессия спинов вокруг постоянного магн. поля) генерирует в датчике сигнал свободной индукцииF(t).Взаимодействие частиц друг с другом и с разл. полями приводит к потере когерентности и затуханиюF(t)с характерным временем поперечной релак-сации т2. Ф-цияF(t)содержит полную информацию о спектре поглощения и связана с ним преобразованием Фурье. Применение двух и более последоват. импульсов позволяет частично компенсировать потерю когерентности (см.Спиновое эхо),что повышает чувствительность и разрешающую способность метода.

В косвенных методах резонансное поглощение радиочастотного поля регистрируют по изменению (обычно небольшому) нек-рых макроскопич. характеристик вещества. Ими могут быть, напр., интенсивность и поляризация оптич. люминесценции (оптич. детектирование), анизотропия g- и b-радиоакт. излучения, траекториимолекулярных и атомных пучковв неоднородном внеш. поле (см. такжеРаби метод),темп-pa образца, его способность к нек-рым хим. реакциям и пр. К косвенным методам можно отнести такжедвойные резонансы,в к-рых поглощение квантов одной частоты регистрируют по отклику на другой частоте. Для расширения возможностей Р. используют многоквантовые и параметрич. эффекты, акустич. методы (см., напр.,Акустический парамагнитный резонанс).В ВЧ-области диапазона радиоволн (частота выше 1011Гц) Р. по своим методам и объектам исследования приближается к ИК-спектроскопии (см.Субмиллиметровая спектроскопия).

Р. применяют в физике, химии, биологии, технике для получения детальной информации о внутр. структуре и атомно-молекулярной динамике твёрдых тел, жидкостей и газов, определения структуры и конформации молекул, измерения магн. и электрич. моментов микрочастиц, изучения их взаимодействий друг с другом и с разл. внеш. и внутр. полями. Методы Р. используют также для качеств. и количеств. хим. анализа, контроля хим. и биохим. реакций, определения структуры примесей и дефектов, измерения магн. полей, темп-ры, давления, для неразрушающего контроля материалов и изделий. В Р. было впервые получено индуциров. испускание, что привело к созданиюквантовых генераторови усилителей СВЧ-диапазона -квантовых стандартов частотыи чувствительных приёмников, а затем илазеров(см. такжеКвантовая электроника).Один из видов двойного резонанса - динамич. поляризацию ядер (см.Ориентированные ядра, Оверхаузера эффект)- применяют при создании поляризованных ядерных мишеней. Р. используют также в медицине для получения диа-гностич. изображений внутр. органов (см.Томография). Лит.:Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1959; Инграм Д., Спектроскопия на высоких и сверхвысоких частотах, пер. с англ., М., 1959; Альтшу-лер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, 2 изд., М., 1972; Абрагам А., Ядерный магнетизм, пер. с англ., М., 1963; Сликтер Ч., Основы теории магнитного резонанса, пер. с англ., 2 изд., М., 1981; Лундин А. Г.,Федин Э. И., Ядерный магнитный резонанс. Основы и применения, Новосиб., 1980; Физические основы квантовой радиофизики, Л., 1985.

В. А. Ацаркин.,

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


Синонимы:
спектроскопия


  1. радиоспектроскопия—РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ совокупность методов исследования строения вещества а также физ. и хим. процессов в нм основанных на резонансном поглощении радиоволн. iР. изучает веще...Большая советская энциклопедия
  2. радиоспектроскопия—совокупность методов исследования строения вещества а также физических и химических процессов в нм основанных на резонансном поглощении радиоволн См. Радиоволны. Р. изуча...Большая Советская энциклопедия II
  3. радиоспектроскопия—радио спектр греч. skopeo рассматривать наблюдать общее название методов определения веществ по спектрам поглощения ими электромагнитного излучения в радиодиапазоне....Большой медицинский словарь
  4. радиоспектроскопия—сущ. жен. рода...Большой русско-украинский словарь
  5. радиоспектроскопия—область физики в крой исследуются спектры поглощения и излучения ввом электромагн. волн в диапазоне охватывающем интервал частот от сотен Гц до ТГц и выше. Методы Р. при...Большой энциклопедический политехнический словарь
  6. радиоспектроскопия—совокупность методов исследования вещества поспектрам поглощения их атомами ионами и молекулами электромагнитных волнрадиодиапазона. К радиоспектроскопии относятся методы...Большой энциклопедический словарь II
  7. радиоспектроскопия—РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ совокупность методов исследования вещества по спектрам поглощения их атомами ионами и молекулами электромагнитных волн радиодиапазона. К радиоспектроск...Большой энциклопедический словарь III
  8. радиоспектроскопия—РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ совокупность методов исследования вещества по спектрам поглощения их атомами ионами и молекулами электромагнитных волн радиодиапазона. К радиоспектрос...Большой Энциклопедический словарь V
  9. радиоспектроскопия—совокупность методов иссл. вва по спектрам поглощения их атомами ионами и молекулами эл.магн. волн радиодиапазона. К Р. относятся методы электронного парамагн. резонанса ...Естествознание. Энциклопедический словарь
  10. радиоспектроскопия—Радио спектр греч. skope рассматривать наблюдатьобщее название методов определения веществ по спектрам поглощения ими электромагнитного излучения в радиодиапазоне....Медицинская энциклопедия
  11. радиоспектроскопия—корень РАДИО корень СПЕКТР корень О корень СКОП окончание ИЯ Основа слова РАДИОСПЕКТРОСКОПВычисленный способ образования слова Бессуфиксальный или другой РАДИО СП...Морфемный разбор слова по составу
  12. радиоспектроскопия—Начальная форма Радиоспектроскопия единственное число женский род именительный падеж неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  13. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия радиоспектроскопия и...Орфографический словарь
  14. радиоспектроскопия—Орфографическая запись слова радиоспектроскопия Ударение в слове радиоспектроскопия Деление слова на слоги перенос слова радиоспектроскопия Фонетическая транскрипция слов...Полный фонетический разбор слов
  15. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия иСинонимы спектроскопия...Русский орфографический словарь
  16. радиоспектроскопия—radio spectroscopy...Русско-английский аэрокосмический словарь
  17. радиоспектроскопия—microwave spectroscopy radiofrequency spectroscopy радиоспектроскопия ж.uradiospectroscopy в диапазоне СВЧ microwave spectroscopy спектроскопия...Русско-английский политехнический словарь
  18. радиоспектроскопия—radio spectroscopy...Русско-английский словарь по авиации
  19. радиоспектроскопия—ж.radiofrequency spectroscopy EPR spectroscopy...Русско-английский словарь по физике
  20. радиоспектроскопия—radiofrequency spectroscopy...Русско-английский словарь по электронике
  21. радиоспектроскопия—radiospectroscopy спектроскопия...Русско-английский технический словарь
  22. радиоспектроскопия—Радыспектраскапя...Русско-белорусский словарь
  23. радиоспектроскопия—радыспектраскапя жен.i...Русско-белорусский словарь II
  24. радиоспектроскопия—ж. radiospettroscopia f...Русско-итальянский политехнический словарь
  25. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия...Русско-казахский терминологический словарь «Горное дело и металлургия»
  26. радиоспектроскопия—Синонимы спектроскопия...Русско-китайский словарь
  27. радиоспектроскопия—Hochfrequenzspektroskopie Radiofrequenzspektroskopie...Русско-немецкий политехнический словарь
  28. радиоспектроскопия—Radiospektroskopie...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  29. радиоспектроскопия—Radiospektroskopie...Русско-немецкий химический словарь
  30. радиоспектроскопия—физ. радоспектроскопя магнитная радиоспектроскопия Синонимы спектроскопия...Русско-украинский политехнический словарь
  31. радиоспектроскопия—radiospectroscopie...Русско-французский словарь по химии
  32. радиоспектроскопия—radiospektroskopie...Русско-чешский словарь
  33. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия скопииСинонимы спектроскопия...Русское словесное ударение
  34. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия спектроскопия...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  35. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия и Синонимы спектроскопия...Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
  36. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия см.em радио. спектроскопия совокупность методов исследования вещества по спектрам поглощения его молекулами атомами ионами электромагнитного излучения...Словарь иностранных слов русского языка
  37. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия радио i спектр греч. skopeo рассматривать наблюдать общее название методов определения веществ по спектрам поглощения ими электромагнитного излучения...Словарь медицинских терминов
  38. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия сущ. колво синонимов спектроскопия Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы спектроскопия...Словарь синонимов II
  39. радиоспектроскопия—РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ совокупность методов исследования вещества по спектрам поглощения их атомами ионами и молекулами электромагнитных волн радиодиапазона. К радиоспектроск...Современный энциклопедический словарь
  40. радиоспектроскопия—радиоспектроскопия [см. радио. спектроскопия] совокупность методов исследования вещества по спектрам поглощения его молекулами атомами ионами электромагнитного излучени...Толковый словарь иностранных слов
  41. радиоспектроскопия—Ударение в слове радиоспектроскопияУдарение падает на букву иБезударные гласные в слове радиоспектроскопия...Ударение и правописание
  42. радиоспектроскопия—методы исследования состава строения реакц. способности и др. свв вв основанные на изучении спектров электромагн. излучения в диапазоне радиоволн от Синонимы спектроскопи...Химическая энциклопедия
  43. радиоспектроскопия—Кассия Кассит Кассир Кассиопея Кассик Каско Касик Картодр Картие Картер Карст Карпоидия Карпоед Карп Кария Кариотип Кариот Кариорексис Кариес Каре Кардокс Кардия Кардит К...Электронный словарь анаграмм русского языка
  44. радиоспектроскопия—РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ совокупность методов исследования вещества по спектрам поглощения их атомами ионами и молекулами электромагнитных волн радиодиапазона. К радиоспектрос...Энциклопедический словарь естествознания
  45. радиоспектроскопия—[radiofrequency spectroscopy] совокупность методов исследования строения вещества а также физических и химических процессов в нем основанных на резонансном поглощении ра...Энциклопедический словарь по металлургии