РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ
совокупность
методов исследования строения вещества, а также физ. и хим. процессов в
нём, основанных на резонансном поглощении радиоволн. Р. изучает
вещество в твёрдом, газообразном и лсидком состояниях. Ряд исследований
структуры атомов и молекул осуществлён с помощью молекулярных и атомных
пучков, когда взаимодействие между частицами практически отсутствует.
Р. отличается от оптической спектроскопии, инфракрасной спектроскопии
и
мёссбауэровской у-спектроскопии (см. Мёссбауэра эффект) малыми энергиями
поглощаемых квантов. Это позволяет изучать тонкие взаимодействия в веществе,
вызывающие очень малые расщепления энергетич. уровней. Кроме того, в Р.
при одновременном облучении вещества радиоволнами неск. различных резонансных
частот можно изменять относительную населённость уровней энергии и наблюдать
переходы, замаскированные обычно побочными взаимодействиями.
В Р. существует несколько обособленных
направлений.
Микроволновая спектроскопия исследует
переходы между уровнями энергии, обусловленными: либо вращат. движениями
молекул,
обладающих постоянным дипольным электрич. моментом; либо тонкой структурой
колебат. уровней, вызванной инверсными движениями в молекулах типа аммиака
(см. Молекулярный генератор); либо тонкой структурой вращат. уровней,
связанной с взаимодействием квадруполъных моментов ядер с неоднородными
молекулярными электрич. полями. Т. к. в жидкости и твёрдом теле свободное
вращение молекул заторможено, то в микроволновой Р. исследуются газы. Резонансное
поглощение обычно наблюдается в диапазоне частот 1010 -1011
гц (микроволны).
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)-
резонансное поглощение радиоволн, обусловленное переходами между уровнями
энергии, возникающими при взаимодействии магнитных моментов ядер с внешним
магнитным полем Н. Частота этих переходов w = уН, где у - отношение
магнитного момента ядра к его спину. В поле Н = 104гс
ЯМР наблюдается в интервале частот 1-50 Мгц. Линии ЯМР уширяются
и расщепляются из-за взаимодействия ядер друг с другом и с электронными
оболочками (спектр ЯМ Р). В твёрдых телах спектр ЯМР в основном обусловлен
прямым взаимодействием между магнитными дипольными моментами ядер, а для
ядер со спином I> 1/2 также взаимодействием их электрич. квадрупольного
момента с неоднородными электрич. молекулярными и кристаллическими полями.
Эти
магнитные переходы наблюдаются и в отсутствии внешнего магнитного поля
(ядерный квадрупольиый резонанс, ЯКР). Ширина спектральной линии ЯМР в
твёрдом теле ок. 104 гц (ЯМР низкого разрешения). В жидкости
и газе тепловое движение частиц усредняет указанные взаимодействия, линия
ЯМР резко сужается, напр. до 10-2 гц в чистых органич.
жидкостях (ЯМР высокого разрешения). Спектр в этом случае определяется
магнитными полями электронных оболочек и косвенным взаимодействием между
ядерными спинами (через электронные оболочки).
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)
- резонансное поглощение радиоволн, обусловлено переходами между уровнями,
возникающими при взаимодействии с внешним магнитным полем Я магнитных моментов
неспаренных электронов атомов, ионов и свободных радикалов, а также магнитных
моментов носителей тока в металлах и полупроводниках. Частота ЭПР пропорциональна
внешнему полю, напр. при Н = 104 гс w 1010
-1011 гц. Линии ЭПР расширяются и расщепляются из-за
взаимодействия электронов с внутренними полями в кристаллах, с электронным
окружением в свободных радикалах и с электронами проводимости в металлах
и полупроводниках. Это приводит к появлению спектра ЭПР. Дополнит. расщепление
спектральной линии ЭПР может происходить из-за взаимодействия электронов
с ядрами, обладающими магнитными моментами.
Циклотронный резонанс (ЦР) наблюдается
в металлах и полупроводниках, помещённых в магнитное поле Я, при совпадении
частоты волны с циклотронной частотой носителей тока. Он обусловлен
переходами между орбитальными уровнями электронов проводимости, образованных
их взаимодействием с полем Я. Спектр ЦР в металлах определяется энергетич.
спектром электронов проводимости в полупроводниках, зонной структурой,
концентрацией, подвижностью и эффективной массой электронов и дырок.
ферромагнитный резонанс (ФР), ферримагнитный
резонанс и антиферромагнитный резонанс (АФР). В магнитоупорядоченных
средах наблюдается резонансное поглощение радиоволн, связанное с коллективным
движением магнитных моментов электронов. Диапазон резонансных частот обычно
1010 -1013 гц. Спектр определяется взаимодействием
электронов с внешним магнитным полем, анизотропией и размагничивающими
факторами, а в антиферромагнетиках также обменным взаимодействием.
Методы Р. используются для изучения структуры
молекул и характера молекулярного движения в жидкостях и твёрдых телах,
химич. кинетики, механизма химич. реакций, зависимости реакционной способности
от молекулярного и стереохимич. строения (ЯМР, ЭПР), энергетич. спектра
и свойств полупроводников металлов (ЯМР, ЭПР, ЦР), а также магнетиков (ФР)
и антиферромагнетиков (АФР), биол. процессов и физиологически активных
веществ (ЯМР, ЭПР). ЯМР, ЭПР применяются для контроля и управления химико-технологич.
процессами. Приборы для исследования спектров ЭПР, ЯМР и др. наз. радиоспектроскопами
или радиоспектрометрами.
Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б.
М., Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных
групп, 2 изд., М., 1972; Таунс Ч., Шавлов А.
ядерного магнитного резонанса высокого разрешения, пер. с англ., М., 1969;
Абрагам А., Ядерный магнетизм, пер. с англ., М., 1968. А. М. Прохоров.
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 Ъ Ы Ь Э Ю Я