ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1. Общие сведения о молекуле СО2 7
1.2. Коэффициент поглощения и интенсивность спектральной линий 8
1.3. Уширение спектральных линий 9
1.4. Метод эффективных операторов 12
1.5. Обзор спектроскопических баз данных 15
2. ЭКСПЕРИМЕНТ
2.1. Схема CW-CRDS спектрометра 18
2.2 Условия эксперимента 19
2.3. Программы для подгонки и идентификации спектров 20
3. АНАЛИЗ СПЕКТРА СО2 В ОБЛАСТИ 5700-5850 СМ’1
3.1. Колебательно-вращательная идентификация спектра 24
3.2. Определение спектроскопических констант 29
3.3. Сравнение со спектроскопическими базами данных 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Исследование спектров поглощения молекул углекислого газа в инфракрасной области (ИК) спектра с помощью современных высокочувствительных методов спектроскопии высокого разрешения дает ценную информацию о параметрах спектральных линий, таких как центры и интенсивности линий, знание которых требуется для многочисленных приложений молекулярной спектроскопии высокого разрешения, например, в таких областях как атмосферная физика, астрофизика, и, в частности, для исследования газового и изотопного состава атмосфер планет.
Углекислый газ (СО2) играет важную роль в химических и физических процессах в атмосфере Земли, являясь основным парниковым газом, участвующим в процессе глобального потепления [1]. Точные и полные списки спектральных линий молекулы углекислого газа и ее изотопов требуются для миссий дистанционного зондирования (ОСО-2 [2], GOSAT [3], AIRS [4]) для мониторинга и контроля содержания CO2 в атмосфере Земли. Для успешного определения концентраций углекислого газа требуются проверенные списки линий с интенсивностями переходов, заданными с точностью до процента, положениями линий с точностью до 0.0001 см-1 или выше [5]. Знание радиационных свойств СО2 при высоких температурах в инфракрасном диапазоне важно для широкого круга научных и промышленных приложений, включающих, в частности, оптическую диагностику процессов горения, анализ выхлопов самолетных и ракетных двигателей, контроль процессов осаждения в газовой фазе.
В связи с вышесказанным, целью данной выпускной квалификационной работы является получение новой информации для молекулы СО2 и её изотопических модификаций в инфракрасной области спектра. Будут получены наборы параметров эффективного гамильтониана и эффективного дипольного момента, что позволит улучшить моделирование центров и интенсивностей линий редких изотопических модификаций молекулы CO2. Новая информация будет использована для генерации новой версии базы данных углекислого газа CDSD (Carbon Dioxide Spectroscopic Database) [6].
В данной работе был выполнен анализ спектра углекислого газа, обогащенного 17О, в спектральной области 5700-5850 см-1. Этот спектр был зарегистрирован на CRDS спектрометре при комнатной температуре и давлении 7.5 Торр. Анализ включал в себя подгонку параметров спектральных линий, идентификацию спектра, определение спектроскопических констант. В данном разделе приводятся основные выводы и результаты, полученные в настоящей работе:
1. Было идентифицировано 1100 спектральных линий, принадлежащих 26 полосам, для шести
16 12^17 16 13^17
изотопических модификаций молекулы углекислого газа O C O (627), O C O (637), 17 /-12z~i 18 о 1^Г"< 17 SX г-! 17 ZA 13 z~i 18 P’l'X О 13 z~i 17 ГХ P’l'X ТО _ _ _ _ _ fZ Z _
O C O (728), C O2 (727), O C O (738) и C O2 (737). Впервые в данной области было
идентифицировано 12 новых колебательно-вращательных полос. Большинство из них имеют интенсивности порядка 10-27 - 10-30 см/молекулу.
2. Получены точные спектроскопические константы для 26 полос, которые принадлежат к сериям переходов АР= 8 и 9 и включают в себя большое число горячих полос. Полученные константы позволяют восстанавливать экспериментальные центры линий с точностью лучше чем 1х10-3 см-1 (типичное значение RMS составляет 8*10-4 см -1).
3. Выполнена дополнительная подгонка спектроскопических констант в следствие увеличения
12 16 16 12 18 16 13 18
квантового числа J для изотопов: С О2 (1 полоса), ОСО (3 полосы) и ОСО (2
полосы). Это позволило расширить и уточнить экспериментальные наборы данных для этих изотопов.
4. Большой набор экспериментальных данных, полученных в настоящей работе, будет использован для уточнения параметров эффективного гамильтониана и эффективного дипольного момента. Это позволит улучшить новую версию банка данных CDSD.
5. Результаты работы будут представлены на международной конференции (26th Colloquium on High-Resolution Molecular Spectroscopy, Dijon, France, 26-30 August 2019).
