领域的分子光谱
微波光谱
为双原子分子转动常数,但是很轻的躺在1 - 200兆赫(GH的范围z)。给出旋转过渡约的频率ν= 2B(J+ 1),所以分子转动光谱将展示2 - 800兆赫地区吸收线。为多原子分子三个的转动惯量需要描述旋转运动。他们生产更复杂的光谱,但基本的人际关系,类似的对于双原子分子,他们之间存在的时刻和观察到的吸收线。1 - 1000兆赫范围被称为微波区域(机场和警察雷达在这一地区)的操作电磁波谱。微波辐射是由两种方法:(1)特别电子管等极超短波或返波振荡器和固态振荡器等耿氏二极管,可稳定生产高度单色辐射在特定区域,可调,(2)频率合成器的输出是连续产生的乘法和加法高度单色,低频信号并由一系列离散频率与小分离,有效地提供一个连续的波信号(例如,6赫兹分离25兆赫)。
类型的微波谱仪
有两种类型的微波谱仪在使用。在传统的Stark-modulated光谱仪、样本包含在很长一段(1 - 3米,或3.3 - 9.8英尺)的一个矩形波导密封两端,微波发射窗口(例如,云母或聚酯薄膜),连接到一个真空线疏散和进样。辐射从源通过气态样品和检测晶体二极管检波器,紧随其后的是一个放大器和显示系统(图表记录器)。为了提高仪器的灵敏度,高压方波信号调制的应用程序在使用样品。第二种类型是傅里叶变换光谱仪、辐射关在疏散腔之间的一对球形镜子和示例介绍了脉冲喷嘴,降低了温度样本的不到10 K。样品受到旋转能量激发脉冲微波信号的应用,以及由此产生的发射信号检测和Fourier-transformed吸收与频谱。在这两种仪器的能量吸收或释放的分子进行转换从一个量子化的旋转状态到另一个观察。提供高分辨率的傅里叶变换仪器的优点(1赫兹(千赫)相对于30千赫)和展示一个更简单的光谱由于样本低的温度,确保大部分的分子在一些最低的能量状态。
观察的转动光谱,一个分子必须拥有一个永久的电偶极子的时刻,蒸汽压力这样它可以引入一个样品室在极低压力(5-50毫托;一个毫托= 1×10−3毫米的汞或1.93×10−5磅每平方英寸)。分子结构的光谱包含15原子可以定期分析,但密度和重叠较大分子的光谱谱线的严格限制分析。
分子的应用程序
之间的关系观察微波跃迁频率和双原子分子的转动常数核间距离可以提供一个值。定量分子的几何结构也可以从测量获得微波频谱转换。除了几何结构,其他属性相关的分子结构可以调查,包括电偶极矩、能量障碍内部旋转,离心畸变参数、磁矩、核电四极的时刻,振动转动交互参数,低频振动的转换,相对于分子电四极的时刻,和信息电子分布和成键。微波光谱提供了分子几千的详细结构和相关参数。
傅里叶变换光谱仪的使用提供了一个方法为研究自由基(即等许多短暂的物种。,哦,CN,不,CF, CCH)分子离子(即。、有限公司+,HCO+,高碳钢+),范德华复合物(即。C6H6盐酸,H2地2OKr-HF,所以2所以2)。有一个特殊的微波光谱和之间的关系射电天文学。大部分的动力调查的激进分子离子的微波光谱源于需要识别来自外星的微波发射信号来源。这种合作导致了外层空间的识别近200种,包括氢氧自由基,甲醇,甲醛,氨和乙腈。
多原子分子的特点是三个的时刻惯性,微波光谱单个分子的物种提供了足够的信息来做出一个完整的结构分配和计算所有键角的大小和分子中原子间的距离。例如,惯性的三个时刻的值12CH281年Br12C14N分子将取决于8键参数(四个角和四个距离),因此不可能获得这八个未知数的离散值从三个时刻。这个问题可以规避通过引入假设分子的结构不会显著改变如果一个或多个原子与一个不同的取代同位素物种。isotopically取代的三个时刻然后源自其微波光谱和分子,因为他们依赖于相同的分子参数,提供三个额外的数据获得的八个键参数。通过确定的惯性力矩足够数量的isotopically代替物种,可以获得足够的数据完全确定的结构。获得最好的结构信息是当一个同位素物种造成替换在每一个原子网站可以研究分子中。