Радиоспектроскопия

Радиоспектроскопией называется раздел физики, в рамках которого исследуются переходы между энергетическими уровнями квантовой системы, индуцированные электромагнитным излучением радиодиапазона. Многообразие резонансных явлений, вызванных этими переходами, обусловливает популярность методов радиоспектроскопии. Их применяют для исследования веществ в газообразном, жидком и твердом состояниях.

Радиоспектроскопия отличается от оптической и инфракрасной спектроскопии следующими специфическими особенностями: 1)Благодаря малым частотам и, следовательно, малым энергиям квантов в радиоспектроскопии исследуются квантовые переходы между близко расположенными уровнями энергии. Это делает возможным изучение таких взаимодействий в веществе, которые вызывают очень малые расщепления энергетического уровня, незаметные для оптической спектроскопии.

2) Естественная ширина спектральной линии в радиодиапазоне очень мала. Наблюдаемая ширина линии обусловлена различными тонкими взаимодействиями в веществе. Анализ ширины и формы линий позволяет количественно их оценивать, причем ширина и форма линий в радиоспектроскопии может быть измерена с очень большой точностью.

3) Измерение длины волны, характерное для оптической спектроскопии, в радиоспектроскопии, заменяется измерением частоты, что осуществляется обычно радиотехническими методами с большой точностью. Это позволяет измерять тонкие детали спектров, связанные с малыми сдвигами уровней систем, участвующих в поглощении радиоволн.

В основе методов радиоспектроскопии лежат различные виды особых резонансных явлений. К ним, в частности, относятся: Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) Ферромагнитный резонанс (ФР) Aнтиферромагнитный (АФР) резонанс Ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР) Циклотронный резонанс (ЦР)

ЯМР, ЭПР, ФР и АФР – это разновидности магнитного резонанса, который заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения веществом, находящимся в постоянном магнитном поле, обусловленном магнетизмом частиц вещества. ЯМР обусловлен магнетизмом атомных ядер, ЭПР, ФР и АФР обусловлен магнетизмом молекул, атомов и электронов.

ЭПР имеет место в парамагнетиках ФР – в ферромагнетиках АФР – в антиферромагнетиках. ЯКР – резонансное поглощение электромагнитного излучения веществом, обусловленное квантовыми переходами между энергетическими уровнями, образующимися в результате взаимодействия внутрикристаллического поля с ядрами, обладающими электрическим квадрупольным моментом (т.е. ассиметричным распределением электрических зарядов протонов в ядре).

ЦР – резонансное поглощение электромагнитного излучения проводником, помещенным в постоянное магнитное поле, на частотах, равных или кратных циклотронной частоте носителей заряда (т.е. частоте обращения заряженных частиц, в данном случае электронов, в постоянном магнитном поле H в плоскости, перпендикулярной H).

При проведении радиоспектроскопии исследуемое вещество помещают в радиочастотное поле, амплитуду которого измеряют при резонансе и без него. Разность амплитуд определяет коэффициент поглощения энергии в образце.

Методами радиоспектроскопии можно определять структуру твердых тел, жидкостей, молекул, магнитные и квадрупольные моменты атомных ядер, валентность ионов, электрические и магнитные свойства атомов и молекул. Эти методы применяются для качественного и количественного анализа веществ.