Вращательная спектроскопия

  • Вращательная спектроскопия — вид микроволновой спектроскопии. Она измеряет поглощение или излучение света молекулами, для понимания изменений в их вращательной энергии. Хотя микроволновые частоты часто используются во вращательной спектроскопии и микроволновой спектроскопии, эти два метода различны. В самых ранних экспериментах в микроволновой спектроскопии измерялся колебательный спектр аммиака. Чисто вращательную спектроскопию отличают от спектроскопии, где вращательные степени свободы взаимодействуют с колебательными и электронными, приводя к новым переходам.

    Вращательная спектроскопия применима только в газовой фазе, где можно отличить переходы между отдельными квантовыми состояниями, известными как вращательные уровни энергии. Молекулярные вращательные движения быстро затухают и превращается в другие виды энергии в твердых телах и жидкостях. Вращательные спектры можно наблюдать для молекул, которые имеют постоянный электрический дипольный момент. Электрическое поле излучения оказывает крутящий момент на молекулу через взаимодействие с дипольным моментом молекулы, заставляя молекулу вращаться быстрее (при возбуждении) или медленнее (при релаксации). Гомоядерные двухатомных молекул, такие как молекулярный кислород (O2), водород (H2) и т. д. не имеют дипольного момента и, следовательно, не имеют чисто вращательного спектра. В редких случаях, эффект центробежной силы позволяет наблюдать переходы в молекулах, которые не имеют постоянного электрического дипольного момента. Кроме того, электронные возбуждения могут иногда привести к асимметричным распределениям заряда и чистому дипольному моменту.

    Среди двухатомных молекул, окись углерода (CO) имеет один из самых простых вращательных спектров. Что касается трёхатомной молекулы цианида водорода (HC≡N), то она имеет простой вращательный спектр для линейной молекулы, аналогично изоцианид водорода (HN=C:) — для нелинейной молекулы. Трудности, связанные с интерпретацией вращательных спектров, увеличиваются с размером и конформационной гибкостью молекул.

Источник: Википедия

Связанные понятия

Микроволновая спектроскопия (англ. microwave spectroscopy) — методика определения геометрического строения молекул по микроволновым спектрам, обусловленным переходами между вращательными энергетическими уровнями.
Анизотропия флуоресценции (поляризация флуоресценции) — физическое явление, заключающееся в различной интенсивности света, испускаемого флуорофором, вдоль различных осей поляризации. Пионерами исследований в этой области науки были Александр Яблонский, Грегорио Вебер и Андреас Альбрехт. Методы, основанные на анализе поляризации флуоресценции, широко применяются при скрининге низкомолекулярных соединений, взаимодействующих с белками, и при изучении структуры белков.
Межмолекулярное взаимодействие — взаимодействие между молекулами и/или атомами, не приводящее к образованию ковалентных (химических) связей.
Спектроскопия высокого разрешения характеристических потерь энергии электронами сокр. СХПЭЭ-ВР (англ. high-resolution electron energy loss spectroscopy сокр., HREELS) — разновидность спектроскопии характеристических потерь энергии электронами, объектом анализа которой являются потери на возбуждение колебаний атомов поверхности твердого тела и адсорбатов на ней.
Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Гиперполяризация — поляризация ядерных спинов веществ далеко за пределами теплового равновесия. Гиперполяризованные благородные газы обычно используются при магнитно-резонансной томографии лёгких. Уровень поляризации 129Xe и 3He может в 104—105 раз превышать уровень теплового равновесия.
Гиперзвук — упругие волны с частотами от 101000 до 1012—1018 Гц. По физической природе гиперзвук не отличается от звуковых и ультразвуковых волн. Гиперзвук часто представляют как поток квазичастиц — фононов.
Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия сокр. УФЭС (англ. ultraviolet photoelectron spectroscopy, сокр., UPS) — разновидность фотоэлектронной спектроскопии, в которой для возбуждения фотоэлектронов используется излучение ультрафиолетового спектрального диапазона и которая служит для зондирования заполненных электронных состояний валентной зоны и зоны проводимости в поверхностном слое образца.
Валентный угол — угол, образованный направлениями химических (ковалентных) связей, исходящими из одного атома.
SERF-магнитометр (Магнитометр свободный от спин-обменного уширения) был создан в 2002 г. в Принстонском университете, США. Магнитометр измеряет исключительно малые, не превышающие 0.2 мГс, магнитные поля, чувствительность магнитометра равна (10−15 Тл Гц−½). В магнитометре используются атомы калия, имеющие плотность 1014см−3, помещенныe в стеклянную ячейку (колба объёмом 0.3 см³), наполненную гелием 4Не под давлением в несколько атм и 30 торр азота N2. Чувствительность SERF-магнитометра сравнима с...
Электронно-колебательная спектроскопия (сокр., ЭКС) иначе электронно-колебательная спектроскопия молекул (англ. electron-vibrational spectroscopy сокр., EVS; VS) — разновидность метода электронной спектроскопии высокого разрешения, позволяющая по электронному спектру определять колебательные частоты основного и возбуждённых (как правило, низших) электронных состояний, зависящие от строения исследуемого вещества.
Дифра́кция электро́нов — процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет волновые свойства. Данное явление объясняется корпускулярно-волновым дуализмом, в том смысле, что частица вещества (в данном случае взаимодействующий с веществом электрон) может быть описана, как волна.
Моле́кула водоро́да — простейшая молекула, состоящая из двух атомов водорода. В её состав входят два ядра атомов водорода и два электрона. Вследствие взаимодействия между электронами и ядрами образуется ковалентная химическая связь. Кроме основной изотопной модификации H2, существуют разновидности, в которых один или оба атома протия заменены другими изотопами водорода — дейтерием или тритием: HD, HT, D2, DT, T2. Симметричность или несимметричность молекулы имеет значение при её вращении.
Молекулярная электронная спектроскопия или УФ-спектроскопия (англ. molecular electron spectroscopy или англ. UV-spectroscopy) — методика определения строения вещества на основе анализа спектров поглощения и/или испускания света, взаимодействующего с веществом и вызывающего переходы электронов с одного энергетического уровня на другой.
Катодолюминесценция — физическое явление, заключающееся в свечении (люминесценции) вещества, облучаемого быстрыми электронами (катодными лучами). Является одним из многих процессов, сопровождающих бомбардировку вещества электронами.
Моле́кула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов. В физике к молекулам причисляют также одноатомные молекулы, то есть свободные (химически не связанные) атомы (например, инертных газов, ртути и т. п.). Причисление к молекулам одноатомных молекул, то есть свободных атомов, например одноатомных газов, приводит к совмещению понятий «молекула» и «атом».
Фотолюминесценция — свечение, возбуждаемое в среде светом разной длиной волны. В зависимости от способа возбуждения наряду с фотолюминесценцией в оптике широкие исследования проводятся с электролюминесценцией, биолюминесценцией, триболюминесценцией и т. д. По-видимому, понятие флуоресценция описывает то же явление, что и фотолюминесценция. Что касается понятия фосфоресценция, то оно связано в первую очередь с твердотельными средами, носившими ранее название кристаллофосфоров.
Нейтро́нная фи́зика — раздел физики элементарных частиц, занимающийся исследованием нейтронов, их свойств и структуры (времени жизни, магнитного момента и др.), методов получения, а также возможностями использования в прикладных и научно-исследовательских целях.
Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) — неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества (твёрдого, жидкого или газообразного), сопровождающееся заметным изменением частоты излучения.
Доплеровское охлаждение — метод лазерного охлаждения, который основан на эффекте Доплера и спонтанном комбинационном рассеянии. Выберем два уровня энергии, основной и возбужденный, между которыми разрешен дипольный электрический переход. Вероятность столкновений молекул в единицу времени в газе много меньше, чем радиационная ширина спектральной линии перехода, и равна вероятности поглощения оптического фотона в единицу времени. Частота лазера выбирается несколько ниже частоты перехода. Благодаря...
Поляро́н — квазичастица в кристалле, состоящая из электрона и сопровождающего его поля упругой деформации (поляризации) решётки. Медленно движущийся электрон в диэлектрическом кристалле, взаимодействующий с ионами решётки через дальнодействующие силы, будет постоянно окружён областью решёточной поляризации и деформации, вызванной движением электрона. Двигаясь через кристалл, электрон проводит решёточную деформацию, потому можно говорить о наличии облака фононов, сопровождающего электрон. Характер...
Диамагнетизм (от греч. dia… — расхождение (силовых линий), и магнетизм) — один из видов магнетизма, который проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля.
Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии — группа методов ионизации в масс-спектрометрии, для которых процессы десорбции твердого анализируемого вещества и его ионизации практически неотделимы во времени.
Я́дерный магни́тный резона́нс (ЯМР) — резонансное поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, на частоте ν (называемой частотой ЯМР), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.
Оптúческая накáчка - метод создания инверсии населенности в веществе воздействием электромагнитного излучения более высокой частоты, чем частота квантового инверсионного перехода. Этот метод, позволяющий сдвигать электроны в атомах с одного магнитного подуровня на другой, лег в основу создания квантового генератора света – лазера.

Подробнее: Оптическая накачка
Иониза́ция по́лем (также полевая ионизация или автоионизация) — процесс ионизации атома, молекулы или иона во внешнем электрическом поле.
Люминесце́нция (от лат. lumen, род. падеж luminis — свет и -escent — суффикс, означающий слабое действие) — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.
Атом водорода — физико-химическая система, состоящая из атомного ядра, несущего элементарный положительный электрический заряд, и электрона, несущего элементарный отрицательный электрический заряд. В состав атомного ядра как правило входит протон или протон с одним или несколькими нейтронами, образуя изотопы водорода. Электрон преимущественно находится в тонком концентрическом шаровом слое вокруг атомного ядра, образуя электронную оболочку атома. Наиболее вероятный радиус электронной оболочки атома...
А́том (от др.-греч. ἄτομος «неделимый, неразрезаемый») — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.
Химия высоких энергий — раздел физической химии, описывающий химические и физико-химические процессы, происходящие в веществе при воздействии нетепловыми энергетическими агентами — ионизирующим излучением, светом, плазмой, ультразвуком, механическим ударом и другими.
Магнитоакти́вная пла́зма — плазма, помещённая во внешнее магнитное поле. Поскольку плазма представляет собой ионизированный газ, состоящий из заряженных частиц, наличие магнитного поля оказывает значительное влияние на все процессы, происходящие в плазме.
Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное, оформленное») — ионизованный газ, одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества.
Квадрупольный масс-анализатор — один из основных видов масс-анализаторов масс-спектрометра. Масс-спектрометры с таким масс-анализатором называют квадрупольными, которые различают как одноквадрупольные (Q) и трехквадрупольные (QQQ).
Ловушка Пеннинга — устройство, использующее однородное статическое магнитное поле и пространственно неоднородное электрическое поле для хранения заряженных частиц. Этот тип ловушек часто используется при точных измерениях свойств ионов и стабильных субатомных частиц, обладающих электрическим зарядом. В недавнем прошлом подобная ловушка успешно использовалась при физической реализации квантового компьютера и квантовых вычислений. Ловушки Пеннинга также применялись при создании так называемого «квазиатома...
Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния (англ. Rutherford backscattering spectroscopy) — разновидность спектроскопии ионного рассеяния, основанная на анализе энергетических спектров ионов He+ или протонов с энергией ~1-3 МэВ, рассеянных в обратном направлении по отношению к исследуемому образцу.
Ла́зерное ускоре́ние ио́нов — процесс ускорения ионного пучка с помощью сверхсильного лазерного излучения. Обычно процесс ускорения производится при облучении твердотельной мишени, однако существуют схемы ускорения ионов и в газовых мишенях. Наиболее перспективными считаются схемы ускорения приповерхностным слоем нагретых электронов и световым давлением. При помощи лазерного излучения были получены ионы с энергиями до 55 МэВ.
Эксито́н (лат. excito — «возбуждаю») — квазичастица, представляющая собой электронное возбуждение в диэлектрике, полупроводнике или металле, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы. Понятие об экситоне и сам термин введены советским физиком Я. И. Френкелем в 1931 году, а экспериментально спектр экситона впервые наблюдался в 1952 году советским физиком Е. Ф. Гроссом. Представляет собой связанное состояние электрона и дырки. При этом его следует считать самостоятельной...
Квантовая электроника — область физики, изучающая методы усиления и генерации электромагнитного излучения, основанные на использовании явления вынужденного излучения в неравновесных квантовых системах, а также свойства получаемых таким образом усилителей и генераторов и их применения в электронных приборах.
Нейтроногра́фия (от нейтрон и «граф» — пишу, также нейтронная спектроскопия) — дифракционный метод изучения атомной и/или магнитной структуры кристаллов, аморфных материалов и жидкостей с помощью рассеивания нейтронов.
Газовая электронография — метод изучения строения молекул. При электронографическом исследовании коллимированный поток электронов направляется вдоль сравнительно длинной вакуумированной трубы, в которую сбоку впрыскивается исследуемое вещество (газообразное или превращающееся в газ в момент впрыскивания).
Квантовая химия — это направление химии, рассматривающее строение и свойства химических соединений, реакционную способность, кинетику и механизм химических реакций на основе квантовой механики. Разделами квантовой химии являются: квантовая теория строения молекул, квантовая теория химических связей и межмолекулярных взаимодействий, квантовая теория химических реакций и реакционной способности и др. Квантовая химия находится на стыке химии и квантовой физики (квантовой механики). Она занимается рассмотрением...
Сверхтекучий ге́лий-4 (англ. superfluid helium-4) — фазовое состояние гелия-4, изотопа элемента гелия, в каком он проявляет свойства жидкости с нулевой вязкостью: течет без трения по любой поверхности, протекает через очень мелкие поры, подчиняясь только своей собственной инерции. В то же время, в других экспериментах, тот же гелий проявляет свойства, присущие обычной жидкости (с ненулевой вязкостью). Сверхтекучее поведение гелия наблюдается при охлаждении его ниже критической температуры...
Фотолюминесце́нтная спектроскопи́я — вид оптической спектроскопии, основанный на измерении спектра электромагнитного излучения, испущенного в результате явления фотолюминесценции, вызванного в изучаемом образце, посредством возбуждения его светом. Один из основных экспериментальных методов изучения оптических свойств материалов, и в особенности полупроводниковых микро- и наноструктур.
Поглощение электромагнитного излучения — процесс потери энергии потоком электромагнитного излучения вследствие взаимодействия с веществом.
Ионная циклотронная ловушка представляет собой один из вариантов масс-анализатора в масс-спектрометрии, в основе которого лежит принцип ионного циклотронного резонанса. Ионы удерживаются магнитным полем в ловушке Пеннинга, двигаясь по кругу под действием силы Лоренца.
Нейтро́нная о́птика — раздел нейтронной физики, в рамках которого изучается взаимодействие медленных нейтронов со средой и с электромагнитным и гравитационным полями.
Гиротрон — электровакуумный СВЧ-генератор, представляющий собой разновидность мазера на циклотронном резонансе. Источником СВЧ-излучения является электронный пучок, вращающийся в сильном магнитном поле. Излучение генерируется на частоте, равной циклотронной, в резонаторе с критической частотой, близкой к генерируемой. Гиротрон был изобретён в Советском Союзе в НИРФИ в г. Горьком (ныне — Нижний Новгород).
Спектроскопия ионного рассеяния (англ. ion scattering spectroscopy сокр., ISS) — набор методов исследования твердых тел, основанный на анализе ионов, упруго рассеянных исследуемым образцом.
Ква́нтовая жи́дкость — жидкость, свойства которой определяются квантовыми эффектами. Вблизи абсолютного нуля согласно представлениям классической физики, движение атомов должно останавливаться и вещество должно превращаться в кристалл, чего не происходит с некоторыми веществами с малой атомной массой, большой нулевой энергией (и, соответственно, значительными нулевыми колебаниями) и слабым взаимодействием между атомами — то, что они остаются жидкостями, обусловлено квантовыми эффектами, препятствующими...
Сканирующий гелиевый ионный микроскоп (СГИМ, гелий-ионный микроскоп, ионный гелиевый микроскоп, гелиевый микроскоп, HeIM) — сканирующий (растровый) микроскоп, по принципу работы аналогичный сканирующему электронному микроскопу, но использующий вместо электронов пучок ионов гелия.
а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я