Введение к работе
Актуальность темы. Колебательно-вращательные спектры молекул являются одшши из наиболее полных и надежных источников информации о характере внутримолекулярных взаимодействий, состояниях и свойствах молекул. Определяемые из эксперимента параметры спектральных линий содержат информацию о таких важнейших характеристиках молекул, как структурные постоянные, внутреннее силовое поле, межмолекулярный потенциал, электрический и магнитный моменты и др. Анализ спектров позволяет определить систему энергетических уровней молекулы, найти спектроскопические постоянные, из которых впоследствии могут быть определены структурные параметры и потенциальная функция. Знание спектроскопической информации имеет также фундаментальное значение для решения широкого круга прикладных задач (задачи газоанализа, расчета термодинамических функций, лазерной физики, атмосферной оптики, астрофизики и др.).
Среди колебательно-вращательных спектров важное значение имеют спектры молекул типа симметричного волчка. Помимо того, что исследование спектров такого типа молекул важно само по себе, они, вместе с тем, занимают промежуточное положение между двумя большими классами молекул: молекулы типа асимметричного и сферического волчка. Это приводит к важному следствию, а именно, подавляющее большинство эффектов и особенностей, проявляющихся в спектрах как одних так и других молекул, оказываются присутствующими в молекулах типа симметричного волчка. Полезны исследования спектров молекул типа симметричного волчка и с точки зрения решения многих прикладных задач (задачи газоанализа, лазерной физики, атмосферной оптики) и в индустрии. Чрезвычайно важны исследования спектров такого сорта молекул в астрофизике, так как многие из них являются компонентами атмосфер внешних планет солнечной системы и присутствуют в межзвездной среде.
Колебательно-вращательные спектры молекул, полученные на современных лазерных и Фурье-спектрометрах, чрезвычайно сложны, и, несмотря на используемые в спектроскопии эффективные методы анализа, возникает ряд проблем, которые в ряде случаев не дают возможность корректно описывать спектры.
В связи с вышесказанным целью работы является:
разработка методов корректного описания современных спектров высокого разрешения молекул аксиальной симметрии;
разработка на этой основе алгоритмов и создание пакета программ для решения как прямых, так и обратных задач;
- исследование реальных спектров высокого разрешения молекул
CHD3 и CH3D на основе разработанных методов и созданных
программ.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Разработанный метод суперкомбинационных разностей позволяет
определить для аксиальносимметричных оездипольных молекул на
основе экспериментальных данных из ПК диапазона ага2
расщепления в состояниях с квантовыми числами К кратными 3 в
основном колебательном состоянии.
-
Предложенная модель гамильтониана и разработанный метод суперкомбинационньгх разностей позволяют адекватно описывать многочисленные эффекты и особенности в спектрах фундаментальных, обертонных и составных полос молекул CHD3 и CH3D,. в частности локальные резонансы различной природы и расщепления уровней вплоть до квантового числа J=7.
-
При температурах близких к 300 К поглощение, обусловленное основными полосами изотопомеров 13CHD3 и 13CH3D, является даже более сильным, чем поглощение, обусловленное самыми сильными из горячих полос основных изотопных модификаций.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- развитый метод суперкомбинационных разностей впервые
позволил определить из экспериментальных данных ИК диапазона
а-рЭг расщепления в состояниях с квантовыми числами К кратными
З в основном колебательном состоянии молекул
13CHD3h13CH3D.
- впервые зарегистрированы спектры и проведен анализ тонкой
колебательно-вращательной структуры полос молекул 13CHD3 и
13CH3D;
- впервые для молекул CHD3 и CH3D экспериментально
зарегистрированы и теоретически описаны ага2 расщепления не
только для значений квантового числа К=1,2,3,4, но также и
экзотические расщепления в состояниях с К=5,6 и даже 7;
- впервые проведен анализ и теоретически описана колебательно-
вращательная структура полос 2v3, v3+v6, 2v6 и v3 +v5
молекулы CHD3.
Практігческая ценность. Научное и практическое значение результатов работы состоит в следующем. Предложенная модель гамильтониана и разработанный метод суперкомбинационных разностей позволяют адекватно описать многочисленные эффекты и особенности в спектрах молекул типа симметричного волчка. Созданный в процессе работы пакет программ может использоваться как для решения аналогичных задач, так и для получения результатов предсказательного характера.
Результаты исследования спектров молекул CHD3 и CH3D представляют собой новую и важную информацию о колебательно-вращательных спектрах этих молекул и могут быть использованы в качестве исходной информации для дальнейшего их изучения, определения параметров потенциальной функции метана и пополнения банка данных спектроскопической информации, а также могут быть использованы для решения различных задач молекулярной спектроскопии, в частности, для понимания физических и химических процессов, происходящих в атмосферах планет гигантов.
Достоверность результатов, полученных в работе, подтверждается хорошим согласием расчетных величин с экспериментальными. Причем, в большинстве случаев найденные нами параметры воспроизводят исходные данные с экспериментальной точностью. В тех случаях, когда наблюдается расхождение расчетных и экспериментальных значений, приведен детальный анализ ситуаций, объяснены причины расхождений и намечены пути их устранения.
Апробация работы. Основные выводы и результаты работы докладывались на:
52-ом и 53-м Международных симпозиумах по молекулярной спектроскопии, г. Колумбус, Огайо, США, 1997,1998 г.г.
XV Коллоквиуме по молекулярной спектроскопии высокого разрешения, Глазго, Великобритания, 1997 г.;
- XV Международной конференции по молекулярной спектроскопии
высокого разрешения, г. Прага, Чехия, 1998 г.;
- XVI Коллоквиуме по молекулярной спектроскопии высокого
разрешения, Дижон, Франция, 1999 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей и 6 тезисов докладов на международных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 258 страниц машинописного текста, 33 рисунка и библиографию из 88 наименований.
