Сибирские учёные нашли новый способ изучения молекул воды

Новости

Сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института сильноточной электроники СО РАН, подведомственных ФАНО России, изучили молекулы воды методами широкополосной терагерцовой спектроскопии.

Ученые разработали эффективный метод измерения содержания орто- и параизомеров паров воды, присутствующих в воздухе. Спектры поглощения этих видов молекул отличаются друг от друга: следуя законам квантовой статистики, два изомера воды находятся в различных вращательных состояниях, и это проявляется в инфракрасных и терагерцовых спектрах поглощения.

Для измерения спектров поглощения на вещество направляется поток излучения, часть которого проходит практически без взаимодействия с субстанцией, а часть поглощается ею. В данном исследовании специалисты использовали импульсное терагерцовое излучение и спектрометр, который позволяет измерять поглощение в широком диапазоне частот от 0,1 до 2,7 ТГц. Измеряя величину поглощения отдельных линий, принадлежащих орто- и пара-H2O, в терагерцовом диапазоне, можно определить концентрацию молекул каждого из изомеров.

Процедура измерения отношения орто- и параизомеров молекул воды включала следующие этапы. Сначала с помощью созданного в лаборатории информационной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН широкополосного спектрометра измерялись терагерцовые спектры в двух средах: в чистом азоте при атмосферном давлении и в воздухе, содержащем пары воды. Их сопоставление давало экспериментальный спектр поглощения паров воды, который сравнивался с теоретическим, рассчитанным с использованием данных из международной базы HITRAN.

Преимуществом разработанного метода, по сравнению с методами классической узкополосной спектроскопии, является возможность одновременного измерения нескольких линий поглощения молекул воды в одинаковых физических условиях без перестройки частоты излучения.

Результат доказывает работоспособность предложенного метода и открывает перспективы его использования для исследования обогащения ядерных спиновых изомеров молекул воды в газовой фазе. Обогащенные изомеры могут найти применение в задачах магнитной томографии и для исследования процессов с участием молекул воды в космосе.

Дата публикации: 06.02.2018 16:24
Дата последнего изменения: 06.02.2018 16:24