微波波谱学在应用中的优势

微波波谱学是一门研究在微波频率下，物质产生电磁辐射与吸收以及能量的频谱分布情况，以了解分子能谱的精细和超精细结构的学科。微波波谱是某些物质固有的，或物质在恒定外磁场作用下发生的能级之间的跃迁产生的。按它的起源可分为气体波谱和固体波谱两大类，后者主要是指顺磁共振波谱。利用微波波谱可以辨认各种有机分子和对大分子或复杂分子的精细结构做细致的研究。20世纪60年代开始利用射电望远镜与微波波谱学相结合，已在星际空间发现了几十种有机分子。这些“星际有机分子”的发现，为研究宇宙中物质的演化和生命的起源提供了极宝贵的资料。与可见光相比，微波频率低得多，微波波谱学可以补充可见光分析之不足。

研究气体的微波波谱可以揭露分子内部的能级结构，从而获得关于分子的结构，特别是分子结合键的性质。分析波谱中的超精细结构还可以探讨原子核的性质。为了上述目的，研究微波波谱比研究红外波谱更为优越，这是因为前者的分辨力较大，灵敏度高，频率可以测得更精确。早期的微波波谱实验是对氨蒸气进行的。那时，虽然所能得到的微波功率和探测方法都使实验的灵敏度较低，但在波长约1.25cm处也显示出有一宽的吸收带。随着微波技术的发展，尤其是速调管和磁控管等强有力的振荡源的发展，气体微波波谱的实验获得了更高的分辨力和更多的信息，特别是与气体分子谱线相联系的超精细结构的发现在物理学家和化学家中引起了很大的兴趣。

微波波谱的另一重要类型是固体中的顺磁共振谱，它是由晶体中的顺磁离子在外磁场的作用下产生能级分裂而引起的。由于顺磁离子是处于晶格当中，因此情况要复杂得多。目前顺磁共振技术已经成为研究固体内部的结构、晶格作用力的重要工具。(www.xing528.com)

顺磁共振，现在更普遍地叫做电子自旋共振。研究电子自旋共振、采用高频调制技术的近代典型电子共振谱仪的方框图如图4.4-51所示。由图可见，100GHz振荡器的输出馈送到一个小线圈，这个小线圈置于谐振腔内，围绕着样品。该线圈产生一个方向平行于直流主磁场的高频调制磁场，因此，微波吸收信号也被此频率调制，该调制由微波电路终端的晶体检测出来，然后送往100kHz窄带放大器，得到最终的吸收信号，再用示波器显示或记录仪记录。检波系统的噪声容量可用相敏检波技术使其减小。在相敏检波器中，来自100kHz振荡器的参考信号也馈送到放大器，从而只有和调制场同相位的信号才被放大。由调制线圈产生的实际调制深度不大，通常比谱线宽度要小。当直流主磁场通过共振值时，这个小的高频调制“载”在吸收线的轮廓上，在行进时就采下吸收线各点的斜率。为此，在记录仪上画出的是吸收曲线的一次微分曲线，而不是吸收线本身。