分子光谱学基础(持续更新……)
在燃烧诊断相关的文章中,尤其是涉及到激光诱导荧光(LIF)、Raman光谱等测量手段,涉及到一些分子光谱学的知识。许多文章中出现一些专业的术语和符号,这里进行一些简要的介绍。
(本文主要内容来自于作者的日常积累,不保证正确性。)
电子态
在分子光谱学中,用X, A, B, C…表示电子能级或者激发态。
- X态(基态):表示分子处于基本能级或者基态。X态通常对应于分子的基本构型或基本状态,是分子光谱学中的参考态。
- A态:表示分子处于第一激发态。A态是分子中较低的激发态之一,通常具有比基态更高的能量。
- B态:表示分子处于第二激发态。B态是分子中较高的激发态之一,通常具有比A态和X态更高的能量。
- …… 例如,X → A 表示从基态跃迁到第一激发态,A → B 表示从第一激发态跃迁到第二激发态,以此类推。这些跃迁产生的光谱线被称为X、A、B、C等光谱线,对应于不同的激发态之间的跃迁。
振动能级
- ν:代表振动量子数,通常用来描述分子的初始振动态。在这种情况下,ν = 3表示分子的振动态为第三个振动能级。
转动能级
- $\Sigma$ (Sigma):表示对称旋转能级,通常用来描述对称的旋转模式。
- $\Pi$ (Pi):表示反对称旋转能级,通常用来描述反对称的旋转模式。
- $\Delta$ (Delta):表示双重对称旋转能级,通常用来描述更高阶的旋转模式。
Example
在分子光谱学中,X → C’ 通常表示分子从基态 (X态) 跃迁到对称顶分子的旋转能级 (C’态) 的光谱跃迁。这种跃迁通常涉及分子的旋转光谱,其中基态到激发态的跃迁可以产生旋转光谱中的谱线。具体地,X → C’ 跃迁指的是分子从基态 (X态) 的能级跃迁到对称顶分子的旋转能级 (C’态) 的能级。这种跃迁通常涉及分子围绕其旋转轴的旋转运动。对称顶分子的旋转能级具有特殊的对称性质,其跃迁谱线在光谱中通常具有特殊的形式和选择定则。X → C’ 跃迁在分子的旋转光谱中经常出现,对于分析分子的结构、动力学性质和旋转行为具有重要意义。通过观察和分析这些跃迁谱线,可以获取关于分子的旋转能级结构、旋转常数等参数的信息。
SymmetricTop模型通常适用于分子的旋转光谱模拟,其中分子的旋转自由度可以近似为刚体旋转。SymmetricTop模型假设分子的旋转惯量在主轴方向上相等,但在主轴外的方向上可能不同。这种模型通常用于描述分子的旋转行为,如刚体旋转的分子或具有近似对称结构的分子。在Pgopher中使用SymmetricTop模型可以指定分子的转动常数(A、B、C参数),从而模拟和分析分子的旋转光谱。该模型通常适用于具有对称结构的分子,如甲烷、氨等。通过SymmetricTop模型,可以计算出分子在不同旋转能级之间的跃迁频率和强度,从而得到分子的旋转光谱信息。
在光谱学中,对于一个OH分子的状态被描述为$A^2\Sigma^+$,这个表示方法提供了关于该分子的一些基本信息:
(1) A:表示这个状态属于分子的A电子态。在分子中,不同的电子激发态通常用字母来表示,例如A、B、C等。每个电子态对应于分子的一组能级。
(2) 2:表示这个状态属于分子的第二组能级。在某些分子中,特定的电子态可以分为多个组,每个组具有不同的能级结构。这个数字指示了这个特定组中的能级顺序。
(3) Σ:表示这个状态是一个对称的电子激发态。Σ态通常与分子的对称性和轨道的对称性相关联。对称态通常具有一些特殊的光谱性质和选择规则。
(4) +:表示这个状态的总角动量投影为正。在某些情况下,电子态的特定旋转量子数可能具有正或负的投影,这取决于该状态的具体性质。
$A^2\Sigma^+$状态描述了OH分子的第二组对称电子激发态,其总角动量投影为正。这种表示方法提供了对分子的电子态和能级结构的一些基本了解,有助于理解分子的光谱特性和化学行为。