[拼音]：weibo bopuxue

[外文]：microwave spectroscopy

通过研究微波与物质的相互作用，获得分子转动能级（见分子光谱）和有关跃迁信息的学科。微波是波长为1～1000毫米的波，按其波长不同分为若干波段：

微波光子的能量很小，它在分子内部运动中约相当于重原子分子的转动能级差，或者更小，如NH3的反演(见分子对称性)运动能级差及一些较细微的能级差。微波与其他电磁波一样，其吸收和发射必须伴有电偶极的变化或电四极等跃迁及塞曼效应、斯塔克效应等。

微波在发生、传递和探测方面都与波长比它短的远红外线和比它长的普通无线电波有所不同，而且在不同波段内所用的检测仪器也不同，这是因为微波是在波导管中输送传递的。波导管是长方形金属管，导管内光滑镀银以防能量损失。S波段所用导管的截面为76.2毫米×25.4毫米，R波段则为7.02毫米×3.15毫米。

微波由速调管或磁控管产生，其单色性均好，因此不须用如光学光谱中所用的分光设备。微波一般用晶体二极管检波；或用斯塔克调制法，此法还能消减噪音，增加灵敏度；有时也可用其他调制方法。

微波谱具有高度精确性，例如一氧化碳分子的基态1←0转动跃迁，其频率为3.84503319厘米-1。

微波谱的能量分辨率远远高于一般光学光谱，所以首先利用它获得了比较准确的分子转动惯量的数据。这些数据再加上同位素效应的利用，可以求出分子中的原子核间距。直到目前为止，用这一方法求得的核间距仍是最准确的，可以到第七、八位有效数字。一般双原子分子的核间距可直接求出，三原子分子也可求出，更多原子的分子就要依靠同位素分子求出，这是因为转动谱只能给出三个转动惯量。

分子中除转动运动外，还有不少其他运动的能级差在微波能量范围之内，例如最有名的氨的反演撑伞运动。氨NH3是一个锥形体分子，三个H原子在一个H3平面上，形成等边三角形，N原子处在锥顶上。N通过H3平面时克服位垒需要能量，这一能量不大，所以在温度不太低时，N原子基本上可以通过H3平面，有时在其上，有时在其下。按照量子力学，此时有关能级分裂为二。这一运动，状如撑伞，故称反演撑伞运动。这种分裂的能级差可以从微波谱观察到，从而开始了对若干分子内部类似的位垒的研究。

在分子结构的研究中，微波还能用于电四极矩精细结构和磁超精细结构的分析中，从超精细结构的分析中可以求出核磁矩。研究塞曼效应和斯塔克效应所得的结果可验证量子力学计算的结论。在原子光谱中，有不少谱线落在微波区，因此它的应用不限于分子。

因为微波谱有高度灵敏性和独特性，所以微波可用于分析鉴定（示例见图），

也可用于自由基和化学反应中间产物的测定。最突出的例子是，星际空间化学是依靠微波的研究而兴起的，最初由射电望远镜中观察到氢原子在21厘米波长处的跃迁，接着发现OH基的Λ双重线跃迁。以后陆续发现CH、CH+、CN、NH3、H2O、CH2O、CO、HCN、CH3OH、HCOOH、CH3CCH、HNCO、OCS等。这些都是依靠实验室数据测得的。1971年发现两条未知强线，在实验室中从未观察到，后来经过计算和实验等许多途径证明，它是由于 C2H基产生的，这说明星际空间存在非常奇特的分子。以后又发现大量星际空间化合物如N2H、HCO+、HNC、C3N、C4H及H(C2)nCN(n＝0，1，2，3)等，这些奇特分子与生命的起源可能有关。

因为微波谱的分辨率远高于红外光谱等，所以有人利用一个频率非常稳定的激光与微波组成双共振谱，既在激光的光谱区域，又有较高的分辨率。

参考书目

C.H.Townes and A.L.Schawlow， Microwave Spec-troscopy，McGraw-Hill，New York，1955.

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