Радіоспектроскопія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Радіоспектроскопія

Радіоспектроскопія, сукупність методів дослідження будови речовини, а також фізичних і хімічних процесів в нім, заснованих на резонансному поглинанні радіохвиль . Р. вивчає речовина в твердому, газоподібному і рідкому станах. Ряд досліджень структури атомів і молекул здійснений за допомогою молекулярних і атомних пучків, коли взаємодія між частками практично відсутня. Р. відрізняється від оптичної спектроскопії, інфрачервоній спектроскопії і месбауерівській g-спектроськопії (див. Мессбауера ефект ) малими енергіями квантів, що поглинаються. Це дозволяє вивчати тонкі взаємодії в речовині, зухвалі дуже малі розщеплювання енергетичних рівнів. Крім того, в Р. при одночасному опроміненні речовини радіохвилями декількох різних резонансних частот можна змінювати відносну населеність рівнів енергії і спостерігати переходи, замасковані зазвичай побічними взаємодіями.

загрузка...

  В Р. існує декілька відособлених напрямів.

  Мікрохвильова спектроскопія досліджує переходи між рівнями енергії, обумовленими: або обертальними рухами молекул, що володіють постійним дипольним електричним моментом; або тонкою структурою коливальних рівнів, викликаною інверсними рухами в молекулах типа аміаку (див. Молекулярний генератор ); або тонкою структурою обертальних рівнів, пов'язаною з взаємодією квадрупольних моментів ядер з неоднорідними молекулярними електричними полями. Т. до. у рідині і твердому телі вільне обертання молекул загальмоване, то в мікрохвильовому Р. досліджуються гази. Резонансне поглинання зазвичай спостерігається в діапазоні частот 10 10 —10 11 гц ( мікрохвилі ).

  Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) — резонансне поглинання радіохвиль, обумовлене переходами між рівнями енергії, що виникають при взаємодії магнітних моментів ядер із зовнішнім магнітним полем Н. Частота цих переходів w =   g Н, де g — відношення магнітного моменту ядра до його спину . В полі Н = 10 4 гс ЯМР спостерігається в інтервалі частот 1—50 Мгц. Лінії ЯМР розширюються і розщеплюються із-за взаємодії ядер один з одним і з електронними оболонками (спектр ЯМР). У твердих тілах спектр ЯМР в основному обумовлений прямою взаємодією між магнітними дипольними моментами ядер, а для ядер із спином I > 1 / 2 також взаємодією їх електричного квадрупольного моменту з неоднорідними електричними молекулярними і кристалічними полями . Ці магнітні переходи спостерігаються і у відсутності зовнішнього магнітного поля (ядерний квадрупольний резонанс, ЯКР). Ширіна спектральної лінії ЯМР в твердому телі біля 10 4 гц (ЯМР низького дозволу). У рідині і газі тепловий рух часток усереднює вказані взаємодії, лінія ЯМР різко звужується, наприклад до 10 -2 гц в чистих органічних рідинах (ЯМР високого дозволу). Спектр в цьому випадку визначається магнітними полями електронних оболонок і непрямою взаємодією між ядерними спинами (через електронні оболонки).

  Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) — резонансне поглинання радіохвиль, обумовлено переходами між рівнями, що виникають при взаємодії із зовнішнім магнітним полем Н магнітних моментів неспарених електронів атомів, іонів і вільних радикалів, а також магнітних моментів носіїв струму в металах і напівпровідниках. Частота ЕПР пропорційна зовнішньому полю, наприклад при Н = 10 4 гс w ~ 10 10 —10 11 гц. Лінії ЕПР розширюються і розщеплюються із-за взаємодії електронів з внутрішніми полями в кристалах, з електронним оточенням у вільних радикалах і з електронами провідності в металах і напівпровідниках. Це приводить до появи спектру ЕПР. Додаткове розщеплювання спектральної лінії ЕПР може відбуватися із-за взаємодії електронів з ядрами, магнітними моментами, що володіють.

  Циклотронний резонанс (ЦР) спостерігається в металах і напівпровідниках, поміщених в магнітне поле Н , при збігу частоти хвилі з циклотронною частотою носіїв струму. Він обумовлений переходами між орбітальними рівнями електронів провідності, утворених їх взаємодією з полем Н. Спектр ЦР в металах визначається енергетичним спектром електронів провідності в напівпровідниках, зонною структурою, концентрацією, рухливістю і ефективною масою електронів і дірок.

  Феромагнітний резонанс (ФР), феррімагнітний резонанс і антиферомагнітний резонанс (АФР). У магнітоупорядоченних середовищах спостерігається резонансне поглинання радіохвиль, пов'язане з колективним рухом магнітних моментів електронів. Діапазон резонансних частот зазвичай 10 10 —10 13 гц. Спектр визначається взаємодією електронів із зовнішнім магнітним полем, анізотропією і розмагнічуючими чинниками, а в антиферомагнетиках також обмінною взаємодією .

  Методи Р. використовуються для вивчення структури молекул і характеру молекулярного руху в рідинах і твердих тілах, хімічної кінетики, механізму хімічних реакцій, залежності реакційної здатності від молекулярної і стереохимічеського будови (ЯМР, ЕПР), енергетичного спектру і властивостей напівпровідників металів (ЯМР, ЕПР, ЦР), а також магнетиків (ФР) і антиферомагнетиків (АФР), біологічних процесів і фізіологічно активних речовин (ЯМР, ЕПР). ЯМР, ЕПР застосовуються для контролю і управління химіко-технологічнімі процесами. Прилади для дослідження спектрів ЕПР, ЯМР і ін. називаються радіоспектроскопами або радіоспектрометрами.

  Літ.: Альтшулер С. А., Козирев Би, М., Електронний парамагнітний резонанс з'єднань елементів проміжних груп, 2 видавництва, М., 1972; Таунс Ч., Шавлов А., Радіоспектроскопія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1959; Емслі Дж., Фіней Дж., Саткліф Л., Спектроскопія ядерного магнітного резонансу високого дозволу, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1969; Абрагам А., Ядерний магнетизм, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968.

  А. М. Прохоров.