अवशोषण बैंड

ग्रीनहाउस गैसों द्वारा निर्मित पृथ्वी के वायुमंडल में अवशोषण बैंड और संचरित विकिरण पर परिणामी प्रभाव।

क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, परमाणु और अणु केवल निश्चित मात्रा में ऊर्जा धारण कर सकते हैं, या विशिष्ट जितना राज्य में मौजूद हो सकते हैं। जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऐसी मात्रा किसी परमाणु या अणु द्वारा उत्सर्जित या अवशोषित की जाती है, तो विकिरण की ऊर्जा परमाणु या अणु की स्थिति को जमीनी अवस्था से उत्तेजित अवस्था में बदल देती है। एक अवशोषण बैंड विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम में तरंग दैर्ध्य, आवृत्ति या ऊर्जा की एक श्रृंखला है जो किसी पदार्थ में प्रारंभिक से अंतिम अवस्था में एक विशेष संक्रमण की विशेषता है।

सिंहावलोकन

क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, परमाणु और अणु केवल निश्चित मात्रा में ऊर्जा धारण कर सकते हैं, या विशिष्ट क्वांटम अवस्था में मौजूद हो सकते हैं। जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक परमाणु या अणु द्वारा अवशोषित होता है, तो विकिरण की ऊर्जा परमाणु या अणु की स्थिति को जमीनी अवस्था से उत्तेजित अवस्था में बदल देती है। एक विशिष्ट ऊर्जा रेंज में राज्यों की संख्या असतत ऊर्जा स्तरों के साथ गैसीय या पतला प्रणालियों के लिए असतत है। संघनित पदार्थ भौतिकी, जैसे तरल पदार्थ या ठोस, राज्यों के वितरण का निरंतर घनत्व होता है और अक्सर निरंतर इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना होती है। किसी पदार्थ को अपनी ऊर्जा बदलने के लिए फोटॉन के अवशोषण द्वारा चरणों की एक श्रृंखला में ऐसा करना चाहिए। यह अवशोषण प्रक्रिया एक कण, एक इलेक्ट्रॉन की तरह, एक व्यस्त अवस्था से एक खाली या खाली अवस्था में ले जा सकती है। यह एक संपूर्ण कंपन या घूर्णन प्रणाली को भी स्थानांतरित कर सकता है, एक अणु की तरह, एक कंपन या घूर्णी अवस्था से दूसरे में या यह एक ठोस में फोनन या plasmon की तरह एक quisiparticle बना सकता है।

विद्युत चुम्बकीय संक्रमण

विद्युत चुम्बकीय अवशोषण का योजनाबद्ध आरेख

जब एक फोटॉन अवशोषित होता है, तो फोटोन का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र गायब हो जाता है क्योंकि यह फोटॉन को अवशोषित करने वाली प्रणाली की स्थिति में बदलाव की शुरुआत करता है। ऊर्जा, संवेग, कोणीय संवेग, चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण और वैद्युत द्विध्रुव आघूर्ण फोटॉन से तंत्र में ले जाए जाते हैं। क्योंकि संरक्षण कानून (भौतिकी) हैं, जिन्हें पूरा करना होगा, संक्रमण को बाधाओं की एक श्रृंखला को पूरा करना होगा। इसका परिणाम चयन नियमों की एक श्रृंखला में होता है। ऐसा कोई भी संक्रमण करना संभव नहीं है जो प्रेक्षित ऊर्जा या आवृत्ति सीमा के भीतर हो।

अवशोषण क्रॉस सेक्शन मुख्य रूप से दो कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है। पहले यह महसूस करना महत्वपूर्ण है कि संक्रमण जो केवल सिस्टम के चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण को बदलते हैं, उन संक्रमणों की तुलना में बहुत कमजोर होते हैं जो विद्युत द्विध्रुव # क्वांटम यांत्रिक द्विध्रुवीय संचालिका को बदलते हैं और उच्च क्रम के क्षणों जैसे क्वाड्रुपोल # विद्युत चतुर्भुज संक्रमण द्विध्रुव की तुलना में कमजोर होते हैं संक्रमण। दूसरा, सभी संक्रमणों में एक ही संक्रमण मैट्रिक्स तत्व नहीं होता है, परमाणु वर्णक्रमीय रेखा # फोटो अवशोषण या थरथरानवाला शक्ति।

कुछ प्रकार के बैंड या स्पेक्ट्रोस्कोपिक विषयों के लिए तापमान और सांख्यिकीय यांत्रिकी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन्फ्रारेड के लिए | (दूर) अवरक्त, माइक्रोवेव और आकाशवाणी आवृति तापमान पर निर्भर राज्यों के बोल्ट्जमैन वितरण और बोस-आइंस्टीन के आंकड़ों के बीच का अंतर है। बोस-आइंस्टीन के आंकड़े और फर्मी-डिराक के आंकड़े। फर्मी-डिराक के आंकड़े देखे गए अवशोषण की तीव्रता को निर्धारित करते हैं। अन्य ऊर्जा श्रेणियों के लिए गैसों का काइनेटिक सिद्धांत, जैसे डॉपलर चौड़ीकरण, स्पेक्ट्रल लाइनविड्थ निर्धारित कर सकता है।

बैंड और रेखा आकार

Mössbauer अवशोषण स्पेक्ट्रम ⁵⁷Fe बहुत तीखी रेखाओं के साथ

Main article: Spectroscopic line shape

अवशोषण बैंड और रेखा आकार की एक विस्तृत विविधता मौजूद है, और बैंड या रेखा आकार के विश्लेषण का उपयोग उस प्रणाली के बारे में जानकारी निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है जो इसका कारण बनता है। कई मामलों में यह मान लेना सुविधाजनक है कि एक संकीर्ण वर्णक्रमीय रेखा एक कॉची वितरण या सामान्य वितरण है, जो क्रमशः विश्राम (भौतिकी) या मैक्सवेल-बोल्ट्जमैन वितरण जैसे डॉपलर ब्रॉडिंग पर निर्भर करता है। वर्णक्रमीय घनत्व और तीव्रता, वर्णक्रमीय रेखाओं की चौड़ाई और आकार का विश्लेषण कभी-कभी देखी गई प्रणाली के बारे में बहुत सारी जानकारी प्राप्त कर सकता है जैसे कि यह Mössbauer स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ किया जाता है # M.C3.B6ssbauer स्पेक्ट्रा का विश्लेषण। Mössbauer स्पेक्ट्रा।

मैक्रो मोलेक्यूल ्स और बड़े संयुग्मित सिस्टम # वर्णक में संयुग्मित प्रणालियों जैसे बहुत बड़ी संख्या वाले सिस्टम में अलग-अलग ऊर्जा स्तरों को हमेशा एक अवशोषण स्पेक्ट्रम में अलग नहीं किया जा सकता है। यदि रेखा चौड़ीकरण तंत्र ज्ञात हो और स्पेक्ट्रम में तब वर्णक्रमीय घनत्व का आकार स्पष्ट रूप से दिखाई दे, तो वांछित डेटा प्राप्त करना संभव है। कभी-कभी विश्लेषण के लिए बैंड की निचली या ऊपरी सीमा या उसकी स्थिति जानना पर्याप्त होता है।

संघनित पदार्थ भौतिकी और ठोस पदार्थों के लिए अवशोषण बैंड के आकार को अक्सर राज्यों के वितरण के निरंतर घनत्व में राज्यों के बीच संक्रमण द्वारा निर्धारित किया जाता है। क्रिस्टल संरचना के लिए इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना राज्यों के घनत्व को निर्धारित करती है। तरल पदार्थ, कांच और अनाकार ठोस में कोई लंबी दूरी की गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन नहीं है और फैलाव संबंध आइसोट्रोपिक हैं। यह राज्यों के घनत्व को अवशोषण बैंड आकृतियों की गणना को आसान बनाता है। चार्ज-ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स और संयुग्मित प्रणालियों के लिए बैंड की चौड़ाई विभिन्न प्रकार के कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है।

प्रकार

इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण

परमाणुओं, अणुओं और संघनित पदार्थ में [[यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी]] मुख्य रूप से स्पेक्ट्रम के यूवी और दृश्य प्रकाश भाग के अनुरूप ऊर्जा पर होती है। एक्स-रे एनर्जी रेंज में एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के विभिन्न ब्रांडों के साथ परमाणुओं में कोर इलेक्ट्रॉन, और कई अन्य घटनाएं देखी जाती हैं। परमाणु नाभिक में विद्युत चुम्बकीय संक्रमण, जैसा कि मोसबाउर स्पेक्ट्रोस्कोपी में देखा गया है, स्पेक्ट्रम के गामा किरण भाग में होता है। मुख्य कारक जो एक आणविक ठोस के अवशोषण बैंड में वर्णक्रमीय रेखा के विस्तार का कारण बनते हैं, वे नमूने में अणुओं की कंपन और घूर्णी ऊर्जा के वितरण हैं (और उनके उत्तेजित राज्यों के भी)। ठोस क्रिस्टल में अवशोषण बैंड के आकार को क्रिस्टल संरचना में प्रारंभिक और अंतिम राज्यों के इलेक्ट्रॉनिक राज्यों या जाली कंपन, फोनोन कहा जाता है, के घनत्व द्वारा निर्धारित किया जाता है। गैस चरण स्पेक्ट्रोस्कोपी में, इन कारकों द्वारा वहन की जाने वाली ठीक संरचना को समझा जा सकता है, लेकिन समाधान-राज्य स्पेक्ट्रोस्कोपी में, आणविक सूक्ष्म वातावरण में अंतर चिकनी बैंड देने के लिए संरचना को और विस्तृत करता है। अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण बैंड दसियों से कई सौ नैनोमीटर चौड़ाई में हो सकते हैं।

कंपन संक्रमण

लगभग 1-30 माइक्रोमीटर के तरंग दैर्ध्य पर, कंपन संक्रमण और फोनोन # ध्वनिक और ऑप्टिकल फोनन स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग में होते हैं।

घूर्णी संक्रमण

सुदूर इन्फ्रारेड और माइक्रोवेव क्षेत्रों में घूर्णी संक्रमण होता है।

अन्य संक्रमण

रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में अवशोषण बैंड एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में पाए जाते हैं। फ़्रीक्वेंसी रेंज और तीव्रताएं नाभिक के चुंबकीय क्षण द्वारा निर्धारित की जाती हैं जो कि देखे जाते हैं, लागू चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय राज्यों के तापमान व्यवसाय संख्या अंतर।

अनुप्रयोग

व्यापक अवशोषण बैंड वाली सामग्री को रंग , डाई और फ़िल्टर (प्रकाशिकी) में लगाया जा रहा है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड#अनुप्रयोग, जिंक ऑक्साइड#मेडिसिन और क्रोमोफोरस सनस्क्रीन में यूवी अवशोषक और रिफ्लेक्टर के रूप में लगाए जाते हैं।

वायुमंडलीय भौतिक विज्ञानी के लिए रुचि के अवशोषण बैंड

ऑक्सीजन में:

• हॉपफील्ड बैंड, बहुत मजबूत, पराबैंगनी में लगभग 67 और 100 नैनोमीटर के बीच (जॉन जे। हॉपफील्ड (स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट) के नाम पर। जॉन जे। हॉपफील्ड);
• 101.9 और 130 नैनोमीटर के बीच एक विसरित प्रणाली;
• शूमैन-रनेज कॉन्टिनम, बहुत मजबूत, 135 और 176 नैनोमीटर के बीच;
• 176 और 192.6 नैनोमीटर के बीच शुमान-रनगे बैंड (विक्टर शुमान और कार्ल डेविड टोलमे रनगे के नाम पर);
• 240 और 260 नैनोमीटर के बीच हर्ज़बर्ग बैंड (गेरहार्ड हर्ज़बर्ग के नाम पर);
• दृश्यमान स्पेक्ट्रम में 538 और 771 नैनोमीटर के बीच वायुमंडलीय बैंड; ऑक्सीजन सहित δ (~580 एनएम), γ (~629 एनएम), बी (~688 एनएम), और ए-बैंड (~759-771 एनएम)
• लगभग 1000 नैनोमीटर पर इन्फ्रारेड में एक प्रणाली।

ओजोन में:

• 255 नैनोमीटर (वाल्टर नोएल हार्टले के नाम पर) पर बहुत तीव्र अधिकतम अवशोषण के साथ पराबैंगनी में 200 और 300 नैनोमीटर के बीच हार्टले बैंड;
• हगिंस बैंड, 320 और 360 नैनोमीटर के बीच कमजोर अवशोषण (सर विलियम हगिंस के नाम पर);
• चप्पू बैंड (कभी-कभी गलत वर्तनी वाला चैपियस), दृश्यमान स्पेक्ट्रम में 375 और 650 नैनोमीटर के बीच एक कमजोर प्रसार प्रणाली (जे. चैपुइस के नाम पर); और
• 700 एनएम से परे इन्फ्रारेड में वुल्फ बैंड, 4,700, 9,600 और 14,100 नैनोमीटर पर केंद्रित है, बाद वाला सबसे तीव्र है (ओलिवर आर. वुल्फ के नाम पर)।

नाइट्रोजन में:

• लाइमैन-बिर्ज-हॉपफील्ड बैंड, जिसे कभी-कभी बिर्ज-हॉपफील्ड बैंड के रूप में जाना जाता है, दूर पराबैंगनी में: 140– 170 एनएम (थिओडोर लाइमैन IV, रेमंड टी. बिर्ज, और जॉन जे. हॉपफील्ड (स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट) के नाम पर | जॉन जे हॉपफील्ड)

यह भी देखें

• फ्रेंक-कोंडन सिद्धांत
• स्पेक्ट्रोस्कोपी
• वर्णक्रमीय रेखा