अवशोषण बैंड
क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, परमाणु और अणु केवल कुछ निश्चित मात्रा में ऊर्जा धारण कर सकते हैं, या विशिष्ट अवस्थाओं में उपस्थित हो सकते हैं। जब किसी परमाणु या अणु द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऐसी मात्रा उत्सर्जित या अवशोषित की जाती है, तो विकिरण की ऊर्जा परमाणु या अणु की प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में बदल जाती है। अवशोषण बैंड विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम में तरंग दैर्ध्य, आवृत्तियों या ऊर्जा की एक श्रेणी 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 कुछ निश्चित मात्रा में ऊर्जा धारण कर सकते हैं, या विशिष्ट अवस्थाओं में उपस्थित हो सकते हैं। जब किसी परमाणु या अणु द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित किया जाता है, तो विकिरण की ऊर्जा परमाणु या अणु की प्रारंभिक अवस्था से अंतिम स्थिति में बदल जाती है। विशिष्ट ऊर्जा सीमा में अवस्थाओं की संख्या अलग-अलग ऊर्जा स्तरों के साथ गैसीय या पतला प्रणालियों के लिए अलग है। संघनित प्रणालियों, जैसे तरल पदार्थ या ठोस, अवस्थाओं के वितरण का एक सतत घनत्व होता है और प्रायः निरंतर ऊर्जा बैंड होते हैं। किसी पदार्थ को अपनी ऊर्जा बदलने के लिए फोटॉन के अवशोषण द्वारा "चरणों" की एक श्रृंखला में ऐसा करना होगा। यह अवशोषण प्रक्रिया कण, इलेक्ट्रॉन की तरह, कब्जे वाली स्थिति से एक खाली या खाली स्थिति में स्थानांतरित कर सकती है। यह संपूर्ण कंपन या घूर्णन प्रणाली को भी स्थानांतरित कर सकता है, अणु की तरह, कंपन या घूर्णी अवस्था से दूसरे में या यह ठोस में फोनन या प्लास्मोन जैसा क्वासिपार्टिकल बना सकता है।
विद्युत चुम्बकीय संक्रमण
जब फोटॉन अवशोषित होता है, तो फोटॉन का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र गायब हो जाता है क्योंकि यह फोटॉन को अवशोषित करने वाली प्रणाली की स्थिति में परिवर्तन की प्रारम्भ करता है। ऊर्जा, संवेग, कोणीय संवेग, चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण और वैद्युत द्विध्रुव आघूर्ण, फोटॉन से निकाय में ले जाए जाते हैं। क्योंकि संरक्षण नियम हैं, जिन्हें संतुष्ट करना होगा, संक्रमण को बाधाओं की एक श्रृंखला को पूरा करना होगा। यह चयन नियमों की एक श्रृंखला में परिणाम करता है। कोई भी संक्रमण करना संभव नहीं है जो ऊर्जा या आवृत्ति सीमा के भीतर होता है जिसे देखा गया है।
विद्युत चुम्बकीय अवशोषण प्रक्रिया की ताकत मुख्य रूप से दो कारकों द्वारा निर्धारित होती है। पहले यह महसूस करना महत्वपूर्ण है कि संक्रमण जो केवल प्रणाली के चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण को बदलते हैं, उन संक्रमणों की तुलना में बहुत कमजोर होते हैं जो विद्युत द्विध्रुवीय क्षण को बदलते हैं और उच्च क्रम के क्षणों जैसे चौगुनी संक्रमण द्विध्रुवीय संक्रमण से कमजोर होते हैं। दूसरा, सभी संक्रमणों में समान संक्रमण मैट्रिक्स तत्व, अवशोषण गुणांक या दोलक शक्ति नहीं होती है।
कुछ प्रकार के बैंड या स्पेक्ट्रोस्कोपिक अनुशासन के लिए तापमान और सांख्यिकीय यांत्रिकी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। (दूर) इन्फ्रारेड, माइक्रोवेव और रेडियो आवृति के लिए अवस्थाओं के तापमान पर निर्भर व्यवसायों की संख्या होती है और बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी और फर्मी-डिराक आंकड़ों के बीच का अंतर अवलोकित अवशोषण की तीव्रता निर्धारित करता है। अन्य ऊर्जा श्रेणियों के लिए तापीय गति प्रभाव, जैसे डॉपलर विस्तारण, लिनिविड्थ निर्धारित कर सकते हैं।
बैंड और रेखा आकार
अवशोषण बैंड और रेखा आकृतियों की एक विस्तृत विविधता उपस्थित 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 बनती है। कई मामलों में यह मान लेना सुविधाजनक होता है कि संकीर्ण वर्णक्रमीय रेखा लोरेन्ट्ज़ियन या गॉसियन है, जो क्रमशः क्षय तंत्र या डॉपलर विस्तार जैसे तापमान प्रभावों पर निर्भर करती है। वर्णक्रमीय घनत्व और तीव्रता, वर्णक्रमीय रेखाओं की चौड़ाई और आकार का विश्लेषण कभी-कभी प्रेक्षित प्रणाली के बारे में बहुत सारी जानकारी प्राप्त कर सकता है जैसे कि मोसबाउर स्पेक्ट्रा के साथ किया जाता है।
बहुत बड़ी संख्या में अवस्था जैसे कि मैक्रोमोलेक्युलस और बड़े संयुग्मित प्रणाली वाले प्रणाली में, अलग-अलग ऊर्जा स्तरों को हमेशा अवशोषण स्पेक्ट्रम में अलग नहीं किया जा सकता है। यदि रेखा चौड़ीकरण क्रियाविधि ज्ञात हो और तब वर्णक्रमीय घनत्व का आकार स्पेक्ट्रम में स्पष्ट रूप से दिखाई दे तो वांछित आंकड़े प्राप्त करना संभव है।कभी-कभी विश्लेषण के लिए बैंड की निचली या ऊपरी सीमा या उसकी स्थिति जानना काफी होता है।
संघनित पदार्थ और ठोस पदार्थों के लिए, अवशोषण बैंड का आकार प्रायः अवस्थाओं के वितरण के निरंतर घनत्व में अवस्थाओं के बीच संक्रमण से निर्धारित होता है। क्रिस्टल के लिए, इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना अवस्थाओं की घनत्व निर्धारित करती है। तरल पदार्थ, ग्लास और अनाकार ठोस में कोई लंबी दूरी का संबंध नहीं है और फैलाव संबंध समदैशिक हैं। यह अवशोषण बैंड आकृतियों की अवस्थाओं की गणना को आसान बनाता है। चार्ज-ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स और संयुग्मित प्रणालियों के लिए, बैंडविड्थ विभिन्न कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है।
प्रकार
इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण
परमाणुओं, अणुओं और संघनित पदार्थों में विद्युत चुम्बकीय संक्रमण मुख्य रूप से स्पेक्ट्रम के यूवी और दृश्य भाग के अनुरूप ऊर्जा पर होते हैं। परमाणुओं में कोर इलेक्ट्रॉन, और कई अन्य घटनाएं एक्स-रे ऊर्जा सीमा में एक्सएएस के विभिन्न ब्रांडों के साथ 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 आणविक ठोस के अवशोषण बैंड में वर्णक्रमीय रेखा को चौड़ा करने का कारण बनते हैं, वे नमूने में अणुओं की कंपन और घूर्णी ऊर्जा के वितरण हैं (और उनके उत्तेजित अवस्थाओं के भी)। ठोस क्रिस्टल में, अवशोषण बैंड का आकार क्रिस्टल संरचना में प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं के इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं या जाली कंपन, फोनोन नामक अवस्थाओं 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 व्यापक बनाता है। अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण बैंड की चौड़ाई दसियों से लेकर कई सौ नैनोमीटर तक हो सकती है।
कंपन संक्रमण
लगभग 1-30 माइक्रोमीटर के तरंग दैर्ध्य पर स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग में कंपन संक्रमण और ऑप्टिकल फोनॉन संक्रमण होते हैं।[1]
घूर्णी संक्रमण
घूर्णी संक्रमण दूर अवरक्त और माइक्रोवेव क्षेत्रों में होता है।[2]
अन्य संक्रमण
रेडियो आवृत्ति सीमा में अवशोषण बैंड एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में पाए जाते हैं। फ़्रीक्वेंसी सीमा और तीव्रताएं नाभिक के चुंबकीय क्षण द्वारा निर्धारित की जाती हैं जो कि देखे जाते हैं, लागू चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय अवस्था के तापमान व्यवसाय संख्या अंतर।
अनुप्रयोग
व्यापक अवशोषण बैंड वाली सामग्री को पिगमेंट, डाई और ऑप्टिकल फ़िल्टर में लगाया जा रहा है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड, जिंक ऑक्साइड 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, लगभग 67 और 100 नैनोमीटर के बीच पराबैंगनी में (जॉन जे। हॉपफील्ड के नाम पर);
- 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)[3]
- लगभग 1000 नैनोमीटर पर इन्फ्रारेड में एक प्रणाली।[4]
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
संदर्भ
- ↑ Edgar Bright Wilson, J.C. Decius, Paul C. Cross, MOLECULAR VIBRATIONS. The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra. McGraw-Hill, New York, 1955
- ↑ Harry C. Allen Jr., Paul C. Cross, Molecular Vib-Rotors. THE THEORY AND INTERPRETATION OF HIGH RESOLUTION INFRARED SPECTRA. John Wiley and Sons, Inc. New York, 1963
- ↑ David A. Newnham and John Ballard. Visible absorption cross sections and integrated absorption intensities of molecular oxygen (O2 and O4). http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/98JD02799/pdf
- ↑ K.M Smith, D.A Newnham. Near-infrared absorption spectroscopy of oxygen and nitrogen gas mixtures. doi:10.1016/S0009-2614(99)00584-9
