กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

แถบการดูดกลืน

ในวิชาสเปกโทรสโกปีแถบการดูดกลืนคือช่วงของความยาวคลื่นความถี่ หรือ พลังงานในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนสถานะจากสถานะเริ่มต้นไปสู่สถานะสุดท้ายในสารชนิดหนึ่ง

แถบการดูดกลืน

แถบการดูดกลืนในชั้นบรรยากาศของโลกที่เกิดจากก๊าซเรือนกระจกและผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อรังสีที่ส่งผ่าน

ในวิชาสเปกโทรสโกปีแถบการดูดกลืนคือช่วงของความยาวคลื่นความถี่ หรือ พลังงานในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนสถานะจากสถานะเริ่มต้นไปสู่สถานะสุดท้ายในสารชนิดหนึ่ง

ตามกลศาสตร์ควอนตัมอะตอมและโมเลกุลสามารถ เก็บ พลังงานได้ในปริมาณที่กำหนดไว้เท่านั้นหรืออยู่ในสถานะ เฉพาะ เท่านั้น[ 1 ]เมื่อควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับโดยอะตอมหรือโมเลกุล พลังงานของรังสีจะเปลี่ยนสถานะของอะตอมหรือโมเลกุลจากสถานะเริ่มต้นไปสู่สถานะสุดท้าย

ภาพรวม

เมื่อ อะตอมหรือโมเลกุลดูดซับ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานของรังสีจะเปลี่ยนสถานะของอะตอมหรือโมเลกุลจากสถานะเริ่มต้นไปสู่สถานะสุดท้ายจำนวนสถานะในช่วงพลังงานที่กำหนดจะเป็นจำนวนไม่ต่อเนื่องสำหรับระบบก๊าซหรือระบบเจือจาง โดยมีระดับพลังงาน ที่ไม่ต่อเนื่อง ระบบควบแน่นเช่น ของเหลวหรือของแข็ง จะมี การกระจาย ความหนาแน่นของสถานะ อย่างต่อเนื่อง และมักจะมีแถบพลังงานต่อเนื่องเพื่อให้สารเปลี่ยนพลังงานได้ สารนั้นต้องเปลี่ยนพลังงานเป็น "ขั้น" โดยการดูดซับโฟ ตอน กระบวนการดูดซับนี้สามารถเคลื่อนย้ายอนุภาค เช่น อิเล็กตรอน จากสถานะที่มีอิเล็กตรอนอยู่ไปสู่สถานะว่างหรือไม่มีอิเล็กตรอนอยู่ได้ นอกจากนี้ยังสามารถเคลื่อนย้ายระบบที่สั่นหรือหมุนทั้งหมด เช่น โมเลกุล จากสถานะการสั่นหรือการหมุนหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง หรือสามารถสร้างอนุภาคเสมือนเช่นโฟนอนหรือพลาสมอนในของแข็งได้

การเปลี่ยนผ่านทางแม่เหล็กไฟฟ้า

แผนภาพแสดงการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่อโฟตอนถูกดูด กลืนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโฟตอนจะหายไปเนื่องจากการเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบที่ดูดกลืนโฟตอนพลังงานโมเมนตัมโมเมนตัมเชิงมุม โมเมนต์ ไดโพลแม่เหล็กและโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าจะถูกส่งจากโฟตอนไปยังระบบ เนื่องจากมีกฎการอนุรักษ์ ที่ต้องปฏิบัติตาม การเปลี่ยนผ่านจึงต้องเป็นไปตามข้อจำกัดหลายประการ ส่งผลให้เกิด กฎการเลือกหลายชุดไม่สามารถทำการเปลี่ยนผ่านใดๆ ที่อยู่ภายในช่วงพลังงานหรือความถี่ที่สังเกตได้[ 2 ]

ความแรงของกระบวนการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยปัจจัยสองประการ ประการแรก การเปลี่ยนสถานะที่เปลี่ยนแปลงเฉพาะโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กของระบบจะอ่อนกว่าการเปลี่ยนสถานะที่เปลี่ยนแปลงโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าและการเปลี่ยนสถานะไปยังโมเมนต์ลำดับสูงกว่า เช่น การเปลี่ยนสถานะ ควอดรูโพล จะอ่อนกว่าการเปลี่ยนสถานะไดโพล ประการที่สอง การเปลี่ยนสถานะทั้งหมดไม่ได้มีองค์ประกอบเมทริกซ์การเปลี่ยนสถานะ สัมประสิทธิ์ การดูดซับหรือความแรงของออสซิลเลเตอร์ที่เหมือนกันเสมอไป

สำหรับแถบสเปกตรัมหรือสาขาวิชาสเปกโทรสโกปีบางประเภท อุณหภูมิและกลศาสตร์เชิงสถิติมีบทบาทสำคัญ สำหรับ ช่วง อินฟราเรด (ไกล)ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุจำนวนการครอบครอง สถานะที่ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความแตกต่างระหว่างสถิติโบส-ไอน์สไตน์และสถิติเฟอร์มิ-ดิแรกจะเป็นตัวกำหนดความเข้มของการดูดกลืนที่สังเกตได้ สำหรับช่วงพลังงานอื่นๆผลกระทบจากการเคลื่อนที่เนื่องจากความร้อนเช่นการขยายตัวแบบดอปเปลอร์อาจเป็นตัวกำหนดความกว้างของเส้น สเปกตรัม

รูปทรงของแถบและเส้น

สเปกตรัมการดูดกลืนแสงแบบ Mössbauer ของ57Feที่มีเส้นคมชัดมาก

มีแถบการดูดกลืนและรูปร่างเส้นที่หลากหลาย และการวิเคราะห์รูปร่างแถบหรือเส้นสามารถใช้เพื่อกำหนดข้อมูลเกี่ยวกับระบบที่ก่อให้เกิดสิ่งนั้นได้ ในหลายกรณี เป็นเรื่องสะดวกที่จะสมมติว่าเส้นสเปกตรัมแคบเป็นแบบLorentzianหรือGaussianขึ้นอยู่กับกลไกการสลายตัวหรือผลกระทบของอุณหภูมิเช่นการขยายตัวแบบดอปเปลอร์ ตามลำดับ[ 3 ]การวิเคราะห์ความหนาแน่นสเปกตรัมและความเข้ม ความกว้าง และรูปร่างของเส้นสเปกตรัมบางครั้งสามารถให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับระบบที่สังเกตได้ เช่นเดียวกับที่ทำกับสเปกตรัม Mössbauer

ในระบบที่มีสถานะจำนวนมาก เช่นโมเลกุล ขนาด ใหญ่และระบบคอนจูเกต ขนาดใหญ่ ระดับพลังงานแต่ละระดับอาจไม่สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนในสเปกตรัมการดูดกลืน หากทราบกลไกการขยายเส้นและรูปร่างของความหนาแน่นสเปกตรัมปรากฏชัดเจนในสเปกตรัม ก็สามารถได้ข้อมูลที่ต้องการได้ บางครั้ง การทราบเพียงขอบเขตล่างหรือขอบเขตบนของแถบหรือตำแหน่งของแถบก็เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์แล้ว

สำหรับ ส สารควบแน่นและของแข็งรูปร่างของแถบการดูดกลืนมักถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะใน การกระจาย ความหนาแน่นของสถานะ แบบต่อเนื่อง สำหรับผลึกโครงสร้างแถบอิเล็กตรอนเป็นตัวกำหนดความหนาแน่นของสถานะ ในของเหลวแก้วและของแข็งอสัณฐานไม่มีการสัมพันธ์ ระยะไกล และความสัมพันธ์การกระจายตัวเป็นแบบไอโซโทรปิก สำหรับสารเชิงซ้อนการถ่ายโอนประจุและระบบคอนจูเกตความกว้างของแถบมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากปัจจัยหลายประการ เมื่อเทียบกับสสารควบแน่น[ 4 ]

ประเภท

การเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอน

การเปลี่ยนสถานะทางแม่เหล็กไฟฟ้าในอะตอม โมเลกุล และสสารควบแน่น ส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่พลังงานซึ่งสอดคล้องกับส่วนของสเปกตรัมรังสีอัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้อิเล็กตรอนแกนกลางในอะตอม และปรากฏการณ์อื่นๆ อีกมากมาย ถูกสังเกตได้ด้วยXAS ชนิดต่างๆ ใน ช่วงพลังงาน รังสีเอ็กซ์การเปลี่ยนสถานะทางแม่เหล็กไฟฟ้าในนิวเคลียสของอะตอมดังที่สังเกตได้ในสเปกโทรสโกปีแบบเมิสส์บาวเออร์เกิดขึ้นใน ส่วนของสเปกตรัม รังสีแกมมาปัจจัยหลักที่ทำให้ เส้นสเปกตรัม กว้างขึ้นกลายเป็นแถบการดูดกลืนของของแข็งโมเลกุล คือ การกระจายพลังงานการสั่นและการหมุนของโมเลกุลในตัวอย่าง (และรวมถึงสถานะกระตุ้นของพวกมันด้วย) ในผลึกของแข็ง รูปร่างของแถบการดูดกลืนถูกกำหนดโดยความหนาแน่นของสถานะของสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของสถานะอิเล็กตรอนหรือการสั่นของแลตติสที่เรียกว่าโฟนอนในโครงสร้างผลึกในสเปกโทรสโกปีในสถานะแก๊สโครงสร้างละเอียดที่เกิดจากปัจจัยเหล่านี้สามารถแยกแยะได้ แต่ในสเปกโทรสโกปีในสถานะสารละลาย ความแตกต่างในสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคของโมเลกุลจะทำให้โครงสร้างกว้างขึ้นจนได้แถบที่เรียบเนียน แถบการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอนของโมเลกุลอาจมีความกว้างตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยนาโนเมตร

การเปลี่ยนผ่านการสั่นสะเทือน

การเปลี่ยนผ่านการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนผ่านโฟนอนเชิงแสงเกิดขึ้นในช่วงอินฟราเรดของสเปกตรัม ที่ความยาวคลื่นประมาณ 1-30 ไมโครเมตร[ 5 ]

การเปลี่ยนผ่านแบบหมุน

การเปลี่ยนผ่านการหมุนเกิดขึ้นในย่านอินฟราเรดไกลและไมโครเวฟ[ 6 ]

การเปลี่ยนผ่านอื่นๆ

ใน การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปี NMRพบแถบการดูดกลืนในช่วงความถี่วิทยุช่วงความถี่และความเข้มจะถูกกำหนดโดยโมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสที่สังเกตได้ สนามแม่เหล็กที่ใช้ และความแตกต่างของจำนวนการครอบครองสถานะแม่เหล็กตามอุณหภูมิ

แอปพลิเคชัน

วัสดุที่มีช่วงการดูดกลืนแสงกว้างกำลังถูกนำไปใช้ในเม็ดสีสีย้อมและตัวกรองแสงไทเทเนียมไดออกไซด์ซิงค์ออกไซด์และสารให้สีถูกนำมาใช้เป็นสารดูดซับและสะท้อนรังสียูวีในครีมกันแดด

แถบการดูดกลืนแสงที่น่าสนใจสำหรับนักฟิสิกส์บรรยากาศ

ในออกซิเจน :

  • แถบฮอปฟิลด์ซึ่งมีความเข้มสูงมาก อยู่ในช่วงประมาณ 67 ถึง 100 นาโนเมตร ในรังสีอัลตราไวโอเลต (ตั้งชื่อตามจอห์น เจ. ฮอปฟิลด์ )
  • ระบบกระจายตัวระหว่าง 101.9 ถึง 130 นาโนเมตร;
  • ช่วงคลื่นต่อเนื่องชูมันน์-รุนเก (Schumann–Runge continuum) มีความเข้มสูงมาก อยู่ระหว่าง 135 ถึง 176 นาโนเมตร
  • แถบ ชูมันน์-รุนเกระหว่าง 176 ถึง 192.6 นาโนเมตร (ตั้งชื่อตามวิกเตอร์ ชูมันน์และคาร์ล รุนเก )
  • แถบเฮิร์ซเบิร์กระหว่าง240 ถึง 260 นาโนเมตร (ตั้งชื่อตามเกอร์ฮาร์ด เฮิร์ซเบิร์ก )
  • แถบบรรยากาศระหว่าง 538 และ 771 นาโนเมตรในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ รวมถึงออกซิเจน δ (~580  นาโนเมตร), γ (~629  นาโนเมตร), B (~688  นาโนเมตร) และแถบ A (~759-771  นาโนเมตร) [ 7 ]
  • ระบบในอินฟราเรดที่ประมาณ 1,000 นาโนเมตร[ 8 ]

ในชั้นโอโซน :

ในไนโตรเจน :

แถบการดูดกลืนแสงที่น่าสนใจสำหรับช่างเทคนิควิทยุ

คลื่นวิทยุที่เดินทางผ่านชั้นบรรยากาศจะได้รับผลกระทบจากแถบการดูดกลืนสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศมีเอกสารรายละเอียดมากเกี่ยวกับพฤติกรรมการดูดกลืนที่พบในแถบคลื่นวิทยุและข้อมูลสเปกโทรสโกปีสำหรับออกซิเจนและไอน้ำ[ 9 ]

ในไอน้ำ :

ในออกซิเจน :

  • จุดสูงสุดประมาณ 5 มิลลิเมตร (60 GHz) ซึ่งมีผลกระทบต่อการสื่อสารทางวิทยุในย่านความถี่ V
  • ความถี่สูงสุด 118 GHz

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Absorption_band&oldid=1291933693 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ แถบการดูดกลืน

ในวิชาสเปกโทรสโกปีแถบการดูดกลืนคือช่วงของความยาวคลื่นความถี่ หรือ พลังงานในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนสถานะจากสถานะเริ่มต้นไปสู่สถานะสุดท้ายในสารชนิดหนึ่ง

ภาพรวม

เมื่อ อะตอมหรือโมเลกุลดูดซับ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานของรังสีจะเปลี่ยนสถานะของอะตอมหรือโมเลกุลจาก สถานะเริ่มต้น ไปสู่ สถานะสุดท้าย จำนวนสถานะในช่วงพลังงานที่กำหนดจะเป็นจำนวนไม่ต่อเนื่องสำหรับระบบก๊าซหรือระบบเจือจาง โดยมี ระดับพลังงาน ที่ไม่ต่อเนื่อง...

การเปลี่ยนผ่านทางแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่อโฟตอนถูกดูด กลืนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโฟตอนจะหายไปเนื่องจากการเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบที่ดูดกลืนโฟตอน พลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัม เชิงมุม โมเมนต์ ไดโพลแม่เหล็ก และโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าจะถูกส่งจากโฟตอนไปยังระบบ เนื่องจากมี กฎการอนุรักษ์...

รูปทรงของแถบและเส้น

มีแถบการดูดกลืนและรูปร่างเส้นที่หลากหลาย และการวิเคราะห์รูปร่างแถบหรือเส้นสามารถใช้เพื่อกำหนดข้อมูลเกี่ยวกับระบบที่ก่อให้เกิดสิ่งนั้นได้ ในหลายกรณี เป็นเรื่องสะดวกที่จะสมมติว่าเส้นสเปกตรัมแคบเป็นแบบ Lorentzian หรือ Gaussian ขึ้นอยู่กับ กลไกการสลายตัว หรือ...