Излучение колебательно-вращательных полос

Поглощение в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Изменения в колебательной энергии молекул сопровождаются излучением, возникающем в инфракрасной части спектра. Колебатель- ) ные переходы сопровождаются изменениями вращательной энергии, которые дают серию близко расположенных линий. Получаемая при этом колебательно-вращательная полоса излучений расположена обычно В области длин волн 1—23 мкм. В инфракрасной области только этот вид колебаний связан с изменениями дипольного момента. [c.51]

Обращает на себя внимание также то обстоятельство, что в системе "атмосфера - подстилающая поверхность" циркулирует большее количество энергии, чем приходит от Солнца. Это происходит из-за так называемого парникового эффекта, обусловленного присутствием в воздухе молекул, поглощающих восходящее ИК-излучение. Главным поглотителем теплового излучения Солнца и земной поверхности служит вода, присутствующая в атмосфере в виде паров и облаков (мощные облака при поглощении и обратной эмиссии тепловой радиации действуют примерно как абсолютно черные тела). Колебательно-вращательные полосы в спектре паров воды обуславливают почти полное поглощение радиации с длинами волн менее 7,6 мкм, а вращательные полосы блокируют интервал спектра с длинами волн более 17 мкм. Между этими границами, а также в диапазоне 3,5-4,5 мкм, находятся окна прозрачности в спектре поглощения водяного пара. [c.78]

Изготавливаемые в настоящее время перестраиваемые диодные лазеры (ПДЛ) на основании твердых растворов, содержащих свинец, обеспечивают когерентное излучение в спектральном диапазоне 3-46 мкм, в котором почти все молекулы имеют интенсивные колебательно-вращательные полосы поглощения [57]. Широко используются два режима работы лазера непрерывный и импульсный. В последнем случае осуществляется регистрация сразу протяженного участка спектра с корреляционной обработкой сигнала. [c.241]

В работе [58] подробно рассмотрена схема ИК-лазера, в которой оптическая накачка с возбуждением фундаментальных колебаний активных молекул и генерация излучения происходят ка переходах в одних и тех же колебательно-вращательных полосах. Если в системах вращательных уровней в основном и возбужденном колебательных состояниях быстро устанавливается термодинамическое равновесие и если можно пренебречь колебательной релаксацией возбужденных молекул за время действия импульса накачки, насыщающей переход с поглощением, то на переходах, более длинноволновых, чем возбуждаемый, может быть получена генерация ИК-излучения на новых частотах с квантовым к. п. д. т], очевидно, близким к 100%. Эта схема, по-видимому, пока не реализована для случая органических молекул. Результаты работы [78], в которой получена генерация излучения в этилене на переходах с длинами волн 10,98 и 10,53 мкм в той же колебательно-вращательной полосе, где молекулы возбуждались СОг-лазером (переходы 10,27 и 10,32 мкм соответственно), трактуются ее авторами совершенно с другой точки зрения. Однако работающий по этой схеме лазер на МНз [79] — самый эффективный и мощный лазер ИК-диапазона с оптической накачкой. Лазер генерирует излучение на нескольких переходах в колебательно-вращательной полосе моды 2 в области 11,5—13 мкм при накачке молекул в той же полосе поглощения излучением СОа-лазера (табл. 5.2). Его энергетический к. п. д. т]э в случае генерации одновременно на четырех линиях в диапазоне 12—12,8 мкм достигает 16%, а средняя мощность излучения при частоте повторения импульсов 100 Гц — очень высокого значения в 20 Вт [80], уже вполне достаточного для многих целей. [c.182]

НВг, Длина волны 4,23 мкм излучения этого лазера [линия Р(6) полосы 2— 1] достаточно хорошо совпадает с переходом 7 (20). Генерация возникала на обычных переходах в Р-ветви колебательно-вращательной полосы СОг 00° 1 —10°0. Энергетический к.п.д. т]э достигал в экспериментах 40%, т. е. квантовая эффективность лазера т]ф была близка к 100%. [c.183]

Энергетические параметры ИК-лазеров с оптической накачкой пока не очень высоки. Во многом они определяются генерационными характеристиками источника накачки (чаще всего СОг-лазера). Накачка осуществляется, как правило, импульсными перестраиваемыми по частоте лазерами, с энергией излучения на отдельных переходах в колебательно-вращательных полосах, редко достигающей 10 Дж, а в большинстве случаев составляющей около 1 Дж. Из-за этого, в частности, энергия импульса излучения ИК-лазера с оптической накачкой лежит в диапазоне от сотых долей до сотен мДж (в лучших случаях, например в лазере на NH3, она составляет 1 Дж [63]), а мощность — от сотен Вт до сотен кВт. [c.185]

В гл. 6, посвященной экспериментальному определению абсолютных интенсивностей (поглощения и излучения) й спектральных показателей поглощения, описаны методы экстраполяции к нулевому оптическому пути, кривых роста, уширения линий давлением, однопутного и двухпутного поглощения, измерения оптической дисперсии. Описана аппаратура, применяемая при измерениях поглощения газов, и приведены результаты измерений инфракрасных колебательно-вращательных полос СО, ультрафиолетовых полос N0, вращательных линий ОН. [c.7]

Излучение и поглощение колебательно-вращательными полосами с перекрывающимися спектральными линиями [1]. Рассмотрим два изотермических параллельных слоя одного и того газа при температурах Та. и g2 с оптическими плотностями (в см-атм) X = p L и = соответственно. Здесь р и pj парциальные давления поглощающего и излучающего газа соответственно, а и Lj — соответствующие геометрические отрезки пути, по которым распределены молекулы. [c.318]

Формулы (12.31а) и (12.316) представляют выражения для коэффициента поглощения при температуре То газа, характеризующегося колебательно-вращательными полосами с перекрывающимися спектральными линиями, для излучения, испускаемого тем же газом при температуре Тс2. [c.321]

ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫХ ПОЛОС С ПОСТОЯННЫМИ СРЕДНИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ИОГЛОЩЕНИЯ [2 [c.334]

НЫХ молекул активны в близкой инфракрасной области, вследствие чего наблюдаются колебательно-вращательные полосы. Некоторые виды колебаний даже тех молекул, которые являются симметричными в их равновесном состоянии, сопровождаются смещениями ядер, которые разрушают симметрию и приводят к возникновению результирующего дипольного момента. Не все виды колебаний активны, но даже у таких симметричных молекул, как метан, некоторые колебания способны взаимодействовать с инфракрасным излучением. Если многоатомная молекула имеет результирующий дипольный момент в ее основном состоянии, то она может давать как чисто вращательный, так и колебательно-вращательный спектр. Все многоатомные молекулы, подобно двухатомным, способны давать полосатые электронные спектры, независимо от того, полярны или неполярны они в их нормальном состоянии. [c.184]

В топочной технике преимущественно имеет место излучение таких трехатомных газов, как углекислый газ и водяной пар. Они излучают и поглощают энергию в отдельных колебательно-вращательных полосах ИК-области спектра. [c.278]

Нетрудно сообразить, что соответствующий спектр будет состоять из одной линии поглощения или ряда таких линий, если у системы имеется несколько возбужденных состояний (Ч ех , Ч Ех2 и т. д.). Реальные спектры поглощения молекул по разным причинам состоят не из отдельных линий, а из полос. Каждому электронному состоянию молекулы соответствует ряд колебательных состояний, а колебательным состояниям — ряды вращательных состояний (рис. 13.5). Поэтому полосы поглощения, отвечающие электронным возбуждениям, обладают колебательной структурой, колебательные полосы имеют вращательную структуру, а вращательные полосы — еще и квадрупольную структуру. Разумеется, соотнощение (13.6) также однозначно определяет частоту излучения, которое испускает молекула при переходе из состояния Ех в состояние О, если этот переход сопровождается испусканием излучения. Возбужденное состояние может отдать энергию каким-либо другим способом в спектроскопии растворов чаще всего осуществляется столкновение возбужденных молекул с молекулами растворителя в этом случае происходит безызлучательная дезактивация. [c.346]

Рис. 5.6а иллюстрирует другую схему оптической накачки активной среды ИК-лазера, в которой возбуждается обертон какого-либо колебания, а генерация осуществляется на переходах между возбужденными уровнями того же колебания. Примером здесь служит лазер на молекулах серооксида углерода 0С5 [75—77]. Излучением СОг-лазера с длиной волны 9,57 мкм (переход Р 22) в полосе 00°1—02 0) возбуждается первый обертон деформационного колебания молекулы 0С5 на переходе (Уг = 0, /"=5)— —у..и=2, /=4) в полосе поглощения (00°0—02°0). Генерация возникает на колебательно-вращательных переходах С (4) и Р(5) [c.181]

При возбуждении фундаментальных колебаний молекул можно получить генерацию излучения на составных частотах. Эта схема была реализована в одной из первых работ [81], посвященных ИК-лазерам с оптической накачкой. Для прямого оптического возбуждения колебательно-вращательного перехода Р(20) моды л)з (полоса 00°0—00°1) (см. рис. 5.5) молекулы СОг был использован электроразрядный дискретно перестраиваемый лазер на [c.182]

Молекула, состоящая из п атомов, имеет Зп степеней свободы, три из которых относятся к поступательному, три —-к вращательному (две в линейных молекулах типа ацетилена), а остальные Зп—6 (Зп—5 в линейных молекулах) — к колебательному движению. Эти различные колебания (основные колебания) поглощают энергию инфракрасного излучения при определенных частотах и приводят к появлению полос поглощения. Однако число полос поглощения не точно совпадает с числом основных колебаний. Так, если колебание не приводит к какому-либо изменению дипольного момента молекулы, то оно не поглощает инфракрасного излучения и число полос поглощения в спектре соответственно уменьшается. Например, колебание центральной связи С = С молекулы этилена не поглощает инфракрасного излучения (неактивно в инфракрасном спектре). Полосы поглощения основных колебаний могут быть разделены на полосы валентных колебаний и полосы деформационных колебаний . В качестве примера ниже показаны колебания метиленовой группы. [c.22]

Наиболее сильное поглощение излучения в ИК диапазоне наблюдается в полосе 16 мкм (мода //3). На рис. 8.5.1 представлен спектр поглощения слабого сигнала молекулами UF и UFe при комнатной температуре [2. Аналогичные измерения проводились и при других температурах [2-9]. При не очень низких температурах (без газодинамического охлаждения) характер спектра сохраняется, хотя и имеются отличия в величине коэффициента поглощения и в некоторых деталях спектра. При комнатной температуре низко лежащие колебательно-вращательные уровни заселены и сильно перекрыты из-за небольшой энергии первого возбуждённого колебательного уровня и высокой спектральной плотности уровней. Центральный пик спектра соответствует Q-ветви колебательно-вращательных переходов (AJ = 0), левое крыло ( красное ) — Р-ветви (AJ = — 1), правое ( синее ) — Д-ветви (AJ = +1). [c.476]

Причины поглощения инфракрасного излучения. Инфракрасные спектры поглощения обусловлены не энергетическими уровнями электронов в молекулах поглощающего вещества, как это имеет место при поглощении ультрафиолетовых и видимых лучей они связаны с энергией колебания атомов относительно друг друга и с энергией вращения молекул. Спектры, соответствующие квантам колебательной энергии, попадают в близкую инфракрасную область с длиной волны от 1 до 20 х вращательные же спектры находятся в области более длинных волн, лежащих в далекой инфракрасной области, между 50 и 100 р. Трудности измерения значительно увеличиваются при переходе к более длинным волнам, поэтому вращательные полосы редко используются в анализе. [c.259]

I — накачка, переходы в колебательно-вращательных полосах поглощения, соответствующих составным (2,7 и 9,6 мкм) и фундаментальному (4,1 мкм) колебаниям II — стимуля-дия промежуточных переходов III — генера-дия ИК-излучения (см. текст). (Цифры у стрелок — приблизительные длины волн переходов в мкм фигурные скобки объединяют сильно связанные уровни штриховая линия — электронный уровень атома брома). [c.179]

Сущность упрощения модели излучения газообразных продуктов горения сводится к представлению спектра состоящим из дщтс полос прозрачной и поглощающей. Последняя объединяет все колебательно-вращательные полосы, имеющиеся в спектрах излучающих компонент. Это, естественно, приводит к существенному упрощению расчетов, а в геометрически простых системах (например, плоскопараллельный слой) такая дщтшолосная модель обеспечивает возможность аналитического решения задач теплообмена. [c.564]

Можно получить простое аналитическое выражение для эффективной интенсивности излучения, ноглощенного в колебательно-вращательных полосах с ударно-уширенными спектральными линиями. Окончательные соотношения сильно сокращают объем труда, необходимого для получения наблюдаемых колебательно-вращательных полуширин из экспериментальных измерений. [c.186]

Так же как и для двухатомных молекул с перекрывающимися вращательными линиями, для определения эффективной пшрины полосы СО2 могкпо использовать выражение (7.115), а с помощью соотношений (7.117)—(7.119) непосредственно найти средние показатели поглощения для колебательно-вращательных полос. Для вычисления Л" удобно применять такие соотношения, как (7.132). Нанример, для положительной ветви основной Гз-полосы СО2 получим следующее выражение для интегрального показателя поглощения линии излучения [c.285]

Расчеты при 600° К с использованием средних показателей поглощения для колебательно-вращательных полос. Из фиг. 11.2 очевидно, что основные вклады в перенос теплового излучения при 600° К обусловлены колеба-тельно-вращательпымп полосами в спектральной области, лежащей между 600 и 2400 см . При X—>0 полная излучательная способность е будет по существу равна излучательной способности интенсивной основной Vз-пoлo ы с соответствующими поправками на вклады от изотопи- [c.288]

В этом разделе мы рассмотрим последовательно поглощение черного излучения в колебательно-вращательных полосах с перекрывающимися спектральными линиями при произвольных оптических толщинах, с неперекрывающимися спектральными линиями при малых оптических толщинах и с неперекрывающимися спектральными линиями с дисперсионным контуром. Затем сопоставим расчетные данные с известными экспериментальными результатами для водяного пара и углекислого газа. В заключение обсудим поглощение молекулярным газом излучения молекул. [c.312]

Колебательно-вращательный спектр называют также ин -фракрасным спектром. Такие спектры очень разнообразны, особенно в случае свободных молекул (в газах при уменьшенном давлении). Разрешающая способность обычного спектрального прибора слишком мала для разделения индивидуальных линий, вызванных вращательными Переходами. При повышении давления или при конденсировании фаз эти линии исчезают, так как продолжительность существования отдельного вращательного состояния настолько сильно изменяется. при соударениях молекул, что наблюдается уширение и перекрывание линий. Спектры в ближней инфракрасной области 1(Л от 1000 до 50 000 нм) обусловлены колебаниями атомов. При этом, различают колебания вдоль валентных связей атомов (валентные) и колебания с изменением валентных углов (деформационные). Колебания возникают, если поглощение электромагнитного излучения связано с изменением направления и величины дипольного момента молекул. Поэтому молекулы, состоящие, например, из двух атомов, не могут давать инфракрасные спектры. Симметричные валентные колебания молекул СОг также нельзя возбудить абсорбцией света. Отдельные группы атомов в молекулах больших размеров дают специфические полосы поглощения, которые практически не зависят от строения остальной части молекулы. Этот факт используЮ Т для идентификац,ии таких групп. В симметричных молекулах колебания одинаковых групп энергетически равноценны и поэтому вызывают появление одной полосы поглощения. По такому упрощению ИК-спектра можно сделать вывод [c.353]

Поэтому при поглощении молекулой ультрафиолетового излучения высокой энергии наблюдаемый спектр поглощения состоит из широких полос, являющихся результатом наложения большого числа узких полос, соответствующих различным переходам между близко расположенными подуровнями. Сложная природа электронных спек-ров многоатомных молекул делает очень трудным их полный анализ даже при использованип приборов высокого разрешения, т. е. высоко монохроматичных потоков излучений. Отсутствие вращательной и вращательно-колебательной структур можно наблюдать в спектрах жидких веществ и растворов, что связано с взаимодействием между соседними молекулами растворенного вещества и влиянием сольватации (большинство химических исследований относится именно к этим условиям). Полярные растворители обусловливают обычно значительно большие изменения в полосах поглощения, чем неполярные. Это объясняется тем, что оптические спектры возникают в результате поглощения или излучения света внешними электронами, наименее прочно связанными с ядром, которые требуют для возбуждения меньше энергии, чем внутренние электроны. [c.8]

При использовании электронных спектров неизбежно встанет вопрос об их изучении, так как для многих радикалов наблюдаются возмущения их электронного состояния (аномалии в электронно-колебательно-вращательной структуре). Так в спектре радикала Сг, система полос Свана, (видимая область спектра) были обнаружены аномалии во вращательной структуре спектра, заключающиеся в отсутствии излучения с вращательных уровней с квантовыми числами К = 46 и 50. Это говорит о том, что уровени К"= 46 и 50 является метастабильными, т.е. время жизни этих уровней в тысячи раз больше, чем других уровней (если, конечно, не происходит передача энергии с данного конкретного энергетического уровня другим энергетическим уровням других молекул - в данном случае это обстоятельство маловероятно). Был обнаружен также эффект лазерной накачки уровня N =39. [c.100]

При накачке молекул СО2 и их изотонически замещенных производных в расположенной около 2,7 мкм составной полосе поглощения vl-ьvз (10° ) излучением импульсного НР-лазера наблюдалась генерация на длинах волн вблизи 4,3 мкм (переходы в полосе 10°1 —10°0), 10,6 мкм (00 1—10°0) и в диапазоне 16,6— 18,1 мкм на колебательно-вращательных переходах в полосах 1001—01 0 и 1000—01>0 (см. рис. 5.5, табл. 5.2) [70]. Наряду с НР-лазером в этом варианте может быть использован параметрический генератор света на ниобате лития, работающий при накачке видимым излучением второй гармоники (532 нм) лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом [71], Заселение уровней, исходных для генераций длинноволнового излучения, происходит здесь как в результате радиационных переходов с верхних уровней (каскад), так и столкновительного обмена колебательной энергией молекул. [c.181]

Одним из методов изучения состава растворов, а также структуры индивидуальных веществ является метод спектрального анализа, подразделяющийся на абсорбционный, эмиссионный и метод спектров комбинационного рассеяния. Сущность спектрально-аналитических методов состоит в том, что излучение от подходящего источника, тем или иным способом яро-шедщее через вещество или излученное самим веществом, приобретает сложное строение характерного вида (спектр). На фоне непрерывного излучения наблюдаются области более или менее резкого изменения интенсивности различной величины, называемые полосами поглощения — в случае спектров поглощения или линиями испускания — в случае эмиссионных спектров. Это явление, как известно, обусловлено квантовым характером колебательно-вращательных движений как самих молекул, так и элементов, их составляющих. Квантовая теория, на которой мы здесь останавливаться не будем, показывает, что каждое вещество должно обладать индивидуализированным, характерным только для данного вещества набором значений колебательных частот уг, а следовательно, возможностью поглощения или испускания только строго определенных порций энергии при переходе из одного колебательного состояния в другое, так как известно, что энергия излучения Ei и частота связаны соотношением = /гу , где Н — константа Планка. [c.414]

Спектр атома состоит из сравнительно редко расположенных отдельных линий, сгущающихся к концам серий, спектр же молекулы, как правило, представляет, по крайней мере в области ультрафиолетового и видимого излучений, отдельные полосы или ряд полос, собирающихся в отдельные группы. Это объясняется тем, что каждому электронному состоянию молекулы может соответствовать ряд различных колебательно - вращательных состояний. Молекулярные спектры принято называть полосатыми в отличие от линейчатых атомных. Полная энергия молекулы в первом приближении может быть представлена как сумма отдельных видов энергии = эл+ кол+ вращ, где эл, кол и вращ — соответственно электронная, колебательная и вращательная энергии кроме того, известно, что эл> кол> вращ-Необходимо помнить, что величина не является строго аддитивной, так как между состояниями, выражаемыми членами правой части уравнения, может наблюдаться взаимодействие. [c.49]

Для диапазона 2,2—4,2 мкм Пайн [104] использовал спектрометр, работающий на разностной частоте прп смешении в кристалле LiNbOs излучения перестраиваемого лазера на красителях, работающего в непрерывном режиме, с излучением аргонового лазера с фиксированной частотой [66]. При работе обоих лазеров видимого диапазона в одномодовом режиме Пайн получил перестраиваемое по частоте инфракрасное излучение мощностью 1 мкВт со спектральным разрешением 5-10 см (15 МГц) и плавной перестройкой электронными средствами в пределах 1 см . С помощью этой установки он из.мерил ограниченные доплеровским уширением спектры колебательной полосы з молекул СН4 и СН4 и с высокой точностью определил тетраэдрическое расщепление в Р- и R-ветвях. Полученное высокое разрешение существенно для выбора одной из двух моделей, предложенных для описания колебательно-вращательного взаимодействия высокого порядка, вызывающего расщепление вращательных уровней. Были исследованы также [105] уширение и сдвиг молекулярных линий при низком и высоком давлениях (давление атмосферного воздуха). [c.269]