李力　孫銘　李曉花　趙鎮(zhèn)文　馬會(huì)民　甘海勇　林鎮(zhèn)輝　史生才　Lucy+M.+Ziurys

摘要[SS]轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，研究分子、自由基，以及離子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的基礎(chǔ)科學(xué)，在天文觀測(cè)以及大氣成分監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本文綜述了轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)的一些基本理論，兩種傅里葉變換微波光譜儀的搭建原理，以及幾種典型的微波光譜實(shí)例分析，并對(duì)微波光譜技術(shù)的未來(lái)發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞[SS]轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)； 微波光譜儀； 傅里葉變換； 綜述

1引言

作為光譜學(xué)的分支，轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，研究分子、自由基，以及離子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的基礎(chǔ)與應(yīng)用科學(xué)＼[1～5＼]。由于絕大多數(shù)分子的純轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷落在微波至亞毫米波段，所需能量遠(yuǎn)低于分子振動(dòng)能級(jí)以及電子能級(jí)的躍遷，這賦予了此波段工作的光譜儀較紅外、可見(jiàn)波段儀器更高的分辨率?；谵D(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)的同位素取代技術(shù)導(dǎo)出的分子結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)性是目前其它各種技術(shù)難以企及的（包括質(zhì)譜與核磁）＼[3，＼]。轉(zhuǎn)動(dòng)光譜儀還能突破諸如圓二色光譜儀等傳統(tǒng)儀器的靈敏度極限，檢測(cè)手性化合物＼[6，7＼]?！蹲匀弧冯s志在同一期的《新聞與觀點(diǎn)》及《快報(bào)》欄目重點(diǎn)介紹了美國(guó)哈佛大學(xué)的Patterson博士等利用自主研發(fā)的新型微波光譜儀檢測(cè)手性化合物＼[7，8＼]，指出這種檢測(cè)方法是光化學(xué)活性研究?jī)砂倌暌詠?lái)的一個(gè)重要里程碑。微波波段的光譜數(shù)據(jù)對(duì)大氣成分含量的遠(yuǎn)程遙感測(cè)量一直都有著重要應(yīng)用＼[9，10＼]。轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)的發(fā)展與天文學(xué)更是息息相關(guān)，因?yàn)樵诮獯a射電望遠(yuǎn)鏡捕獲的外太空分子信號(hào)時(shí)，大多依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)室微波光譜儀所提供的波譜解析＼[11～1＼]。到目前為止，通過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的外太空星際物質(zhì)里的分子僅約200種，其中大部分，尤其是含有金屬的小分子都是通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)其純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜而確認(rèn)的＼[12～1＼]。更有大量天文觀測(cè)數(shù)據(jù)在等待毫米波、亞毫米波以及微波光譜實(shí)驗(yàn)室的光譜解析結(jié)果來(lái)鑒定未知分子。而在1～80 Gz的微波波段，由核子的自旋引起的分子內(nèi)電/磁作用所產(chǎn)生超精細(xì)光譜分裂更容易被微波光譜儀檢測(cè)，因而能為天文觀測(cè)提供更加確切的光譜數(shù)據(jù)。在本文的儀器評(píng)述部分將重點(diǎn)介紹這個(gè)波段最新型的傅里葉變換光譜儀。

2分子轉(zhuǎn)動(dòng)的哈密頓描述

從線(xiàn)性分子到不對(duì)稱(chēng)陀螺，轉(zhuǎn)動(dòng)光譜會(huì)逐漸變得復(fù)雜。在同一分子的不同電子組態(tài)中，由于角動(dòng)量之間的耦合差別會(huì)呈現(xiàn)迥然不同的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。電子與核子的自旋角動(dòng)量與轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量耦合能分別產(chǎn)生復(fù)雜的精細(xì)與超精細(xì)光譜。此外，分子或分子內(nèi)某基團(tuán)在量子力學(xué)的“隧道效應(yīng)”下產(chǎn)生特殊的振動(dòng)模式，一方面使分子的純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜變得復(fù)雜，另一方面其振動(dòng)能級(jí)躍遷也會(huì)在微波波段出現(xiàn)， 從而產(chǎn)生復(fù)雜的振轉(zhuǎn)光譜。對(duì)不同的分子要針對(duì)具體情況構(gòu)建特殊的哈密頓算符。

在分子層面上，通常需要考慮種角動(dòng)量＼[3～5＼]：分子轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量R、電子軌道角動(dòng)量L、電子自旋角動(dòng)量S，以及核子自旋角動(dòng)量I。理論上來(lái)說(shuō)，任何一種角動(dòng)量都能與其它的一種或幾種角動(dòng)量作用。這些作用的大小級(jí)別因分子類(lèi)型而異。根據(jù)分子中各種角動(dòng)量的耦合作用的相對(duì)強(qiáng)弱，可以對(duì)特定電子組態(tài)的分子進(jìn)行分類(lèi)，并構(gòu)建合適的哈密頓算符。這里僅以線(xiàn)性分子為例介紹3種常見(jiàn)的耦合方案。

其中，總哈密頓量total由分子轉(zhuǎn)動(dòng)哈密頓量rot，以及核自旋引起的四級(jí)矩靜電耦合哈密頓量Q與磁耦合哈密頓量mhf組成。對(duì)閉殼線(xiàn)性分子而言，唯有其組成原子擁有自旋大于零的核子才回出現(xiàn)I·R耦合作用而產(chǎn)生超精細(xì)的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。對(duì)核自旋I>0的磁耦合以及I≥1的四級(jí)矩靜電耦合是較常見(jiàn)的I·R耦合。 一般磁耦合強(qiáng)度非常小，因而閉殼分子能被轉(zhuǎn)動(dòng)光譜分辨的超精細(xì)結(jié)構(gòu)主要是由四級(jí)矩靜電耦合引起的。

2.2洪德情形（a）

通常，此類(lèi)開(kāi)殼分子處于高自旋狀態(tài)，而且L·S耦合比其它任何類(lèi)型耦合強(qiáng)度都大，并分裂了原來(lái)簡(jiǎn)并的電子軌道能級(jí)。如圖1所示，電子軌道角動(dòng)量L與電子自旋角動(dòng)量S沿分子軸的分量（分別標(biāo)記為Λ與 Σ）耦合生新的總電子角動(dòng)量軸向分量Ω，再與轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量R（按慣例用O表示）耦合生成不包括核自旋的總角動(dòng)量J（精細(xì)結(jié)構(gòu)），再與核自旋角動(dòng)量I耦合生成總角動(dòng)量（超精細(xì)結(jié)構(gòu)）。擁有超精細(xì)結(jié)構(gòu)的洪德情形（a）線(xiàn)性分子的哈密頓算符可描述為：

2.3洪德情形（b）

盡管此類(lèi)開(kāi)殼分子也可以處于高自旋狀態(tài)，但劃分的主要依據(jù)是電子角動(dòng)量為零或非常小，因而L·S耦合不會(huì)發(fā)生。 在此類(lèi)分子中占主導(dǎo)的是S·R與/或S·S耦合（S·S耦合只出現(xiàn)于兩個(gè)以上未成對(duì)電子的情況，一般比S·R耦合強(qiáng)度更大）。如圖1右圖所示，多個(gè)未成對(duì)電子發(fā)生S·S耦合生成新的總電子自旋角動(dòng)量S，并與垂直于分子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量R（按慣例用N表示）耦合生成不包括核自旋的總角動(dòng)量J（精細(xì)結(jié)構(gòu)），再與核自旋角動(dòng)量I耦合生成總角動(dòng)量（超精細(xì)結(jié)構(gòu)）。擁有超精細(xì)結(jié)構(gòu)的洪德情形（b）線(xiàn)性分子的哈密頓算符可描述為：其中，總哈密頓量3微波光譜儀

在毫米與亞毫米波段，傳統(tǒng)上都是使用吸收光譜儀＼[25＼]。在1～80 Gz的微波波段目前基本上是使用傅里葉變換微波光譜儀來(lái)獲取轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射譜。這里主要介紹傅里葉變換微波光譜儀的工作原理以及一些光譜實(shí)例。當(dāng)前較流行的傅里葉變換微波光譜儀有兩種，一種是Ballelygare類(lèi)型的窄帶光譜儀＼[26＼]；一種是Chirpedpulse寬帶光譜儀＼[27＼]。這兩種儀器的樣品源都是在氖、氬等惰性氣體里高度稀釋的氣相分子。被測(cè)分子的每種同位素均能提供一套獨(dú)特的光譜，不受雜質(zhì)干擾。通過(guò)特殊的噴嘴技術(shù)將樣品氣體噴入儀器的真空室內(nèi)產(chǎn)生超聲膨脹，可以將待測(cè)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度降到接近絕對(duì)零度。此時(shí)分子主要分布在最低振動(dòng)態(tài)的幾個(gè)最低轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)上，因而微波源能夠?qū)@些分子進(jìn)行有效激發(fā)，使之躍遷到更高的的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)上，進(jìn)而便能夠接收到非常靈敏的發(fā)射信號(hào)。跟射頻波段的核磁發(fā)射信號(hào)一樣，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射信號(hào)一般稱(chēng)為自由感應(yīng)衰減（ree induction decay/ID）。新型窄帶微波光譜儀的檢測(cè)靈敏度能達(dá)到 0.1 ppb/Debye（微波譜線(xiàn)強(qiáng)度依賴(lài)分子偶極矩大?。?，分辨率能高達(dá)5 kz。對(duì)于非常活潑的不穩(wěn)定分子，自由基或離子，需要有激光或高壓放電等輔助技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)制樣

Ballelygare類(lèi)型的窄帶傅里葉變換微波光譜儀由美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的lygare教授等在20世紀(jì)七八十年代設(shè)計(jì)搭建＼[26＼]。Ballelygare類(lèi)型微波光譜儀分辨率高，但單次掃描頻寬很窄（約0.5 Mz），而且微波電路設(shè)計(jì)頗為復(fù)雜。圖2是孫銘與Apponi在美國(guó)亞利桑那大學(xué)Ziurys教授領(lǐng)導(dǎo)的射電觀測(cè)小組里設(shè)計(jì)搭建的新型窄帶傅里葉變換微波光譜儀的簡(jiǎn)化模型圖＼[28＼]。圖右所示的是儀器的不銹鋼筒狀真空腔。腔內(nèi)有兩個(gè)完全相同的反光聚焦球面鋁鏡呈共軸相向排列構(gòu)成儀器的微波法布腔。法布腔間距根據(jù)微波工作頻率可用馬達(dá)精確調(diào)控，能在工作頻段形成帶寬小于1 Mz的共振駐波，起到臨時(shí)儲(chǔ)存微波能量有效激發(fā)樣品分子的作用。真空腔體上的端口A為進(jìn)樣口，含有圖左上方顯示的由電磁閥控制的噴嘴，其尾部可選擇性聯(lián)接用于實(shí)時(shí)制樣的激光輔助與高壓放電的延長(zhǎng)部分。端口B可用來(lái)引入激光束來(lái)氣化端口A噴嘴處的金屬棒使之與其它前體分子反應(yīng)生成待測(cè)物。端口D聯(lián)接低溫泵維持真空腔的高真空度。待馬達(dá)將法布腔調(diào)到合適位置后，一次簡(jiǎn)單的光譜采集包括以下的幾個(gè)步驟（對(duì)照?qǐng)D左下方L脈沖信號(hào)）：（1）噴嘴以脈沖形式噴出樣品氣體（SV）；（2）經(jīng)過(guò)約1 ms的延遲后氣體到達(dá)法布腔中央，微波生成器（～0 Gz）出來(lái)的微波被功率分配器分成兩路，一路通過(guò)針式開(kāi)關(guān)（Pin Switch）產(chǎn)生一個(gè)微波脈沖（SMW）打入法布腔內(nèi)來(lái)激發(fā)剛到達(dá)腔體中央的分子；（3）被激發(fā)的分子發(fā)射信號(hào)從法布腔出來(lái)后立即被低噪音放大器（LNA）放大，接著在混頻器（Mixer）處與另一路原始微波混頻至低頻信號(hào)，通過(guò)低頻放大器后被計(jì)算機(jī)的內(nèi)置示波器檢測(cè)。如果待測(cè)物是非常不穩(wěn)定的分子，自由基或離子，噴嘴尾部附屬的激光與/或高壓放電裝置能有效地將前體分子實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化成待測(cè)物以供檢測(cè)。如圖2左下方的L信號(hào)所示，高壓直流脈沖（SDC）一旦啟動(dòng)，將完全覆蓋噴嘴閥門(mén)脈沖（SV），這樣可有效地將前體分子打成碎片重新組合。激光脈沖（SL）一般出現(xiàn)在噴嘴閥門(mén)脈沖（SV）之后，此時(shí)金屬棒處于含前體分子的惰性氣體流中。被激光氣化的高溫金屬原子能瞬間與附近的前體分子生成待測(cè)的金屬化合物，自由基或離子。3.2寬帶的ChirpedPulse傅里葉變換微波光譜儀

時(shí)域里的“Chirpe pulse”是一個(gè)振幅恒定但頻率線(xiàn)性漸變的正弦波脈沖，會(huì)在特定的頻域產(chǎn)生功率恒定的輸出＼[29＼]。隨著微波段相位均一的高質(zhì)量“Chirpe pulse”實(shí)現(xiàn)，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的Pate研究組在2006年研發(fā)出第一臺(tái)真正意義的寬帶ChirpedPulse傅里葉變換微波光譜儀＼[27＼]。這臺(tái)新型儀器的單次掃描頻寬可超過(guò)10 Gz，是窄帶微波光譜儀的萬(wàn)倍以上。由于沒(méi)有法布腔，不需要任何機(jī)械傳動(dòng)裝置，因而檢測(cè)更迅速便捷。盡管有諸多優(yōu)點(diǎn)，ChirpedPulse微波光譜儀其分辨率約200 kz，遠(yuǎn)低于Ballelygare類(lèi)型微波光譜儀。因而不少實(shí)驗(yàn)室會(huì)同時(shí)擁有兩種機(jī)型＼[30～32＼]，這樣對(duì)未知樣品可用ChirpedPulse微波光譜儀進(jìn)行快速預(yù)掃描，再用Ballelygare類(lèi)型微波光譜儀在有躍遷發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行高分辨率掃描。

器（W Amplifier） 放大后，經(jīng)喇叭天線(xiàn)進(jìn)入真空室激發(fā)從噴嘴噴出的待測(cè)氣體分子；分子的發(fā)射信號(hào)被另一個(gè)喇叭天線(xiàn)接收后與另一個(gè)單頻微波源混頻至低頻后被示波器（Oscilloscope）采樣。如果擁有高性能的任意波形發(fā)生器與示波器，微波電路還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化：圖中鎖相介質(zhì)振蕩器、混頻器（Mixer）以及倍頻器（Multiplier）等微波元器件都可以省略。對(duì)比窄帶微波光譜儀，ChirpedPulse微波光譜儀由于沒(méi)有儲(chǔ)存能量的法布腔，這要求行波管放大器必須有很高的功率才能有效地在寬頻內(nèi)激發(fā)分子。

與Ballelygare類(lèi)型的窄帶微波光譜儀一樣，ChirpedPulse微波光譜儀也可以聯(lián)接激光輔助或高壓放電的實(shí)時(shí)制樣部件。美國(guó)北德克薩斯大學(xué)的Cooke教授等在ChirpedPulse微波光譜儀上安裝了激光輔助制樣設(shè)備＼[32＼]，捕獲到離子鍵分子AuCl與AgCl的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。Sun等＼[33＼]成功地在ChirpedPulse微波光譜儀上聯(lián)接了高壓放電的輔助制樣設(shè)備。如圖A所示，他們對(duì)含乙氰的氖氣給予上千伏的直流脈沖，成功地在一個(gè)掃描窗口里同時(shí)捕獲到C3N，C5N，C7N，2CCCN的純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷信號(hào)，以及自然豐度下C3N的13C峰。此外，孫銘等同時(shí)運(yùn)用寬帶與窄帶微波光譜儀獲得了7種氟代吡啶以及這這些氟代吡啶與氬原子形成的7種二元范德華復(fù)合物的微波光譜

傅里葉變換微波光譜

Ballelygare類(lèi)型的窄帶微波光譜儀與ChirpedPulse寬帶微波光譜儀所記錄的自由感應(yīng)衰減信號(hào)無(wú)本質(zhì)的區(qū)別。對(duì)時(shí)域里的自由感應(yīng)衰減信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換便得到頻域里的功頻譜＼[29＼]。Ballelygare類(lèi)型的微波光譜儀大多采取了噴嘴與法布腔共軸的排列方式，使噴出的分子束最大限度的被激發(fā)微波覆蓋從而提高靈敏度＼[37＼]。不過(guò)這樣一來(lái)在法布腔的軸向上分子的單向運(yùn)動(dòng)與微波的來(lái)回震蕩在接收天線(xiàn)處產(chǎn)生了多普勒效應(yīng)，頻域里的譜線(xiàn)都以圖B所示的多普勒雙峰呈現(xiàn)出來(lái)。在ChirpedPulse光譜儀上，由于激發(fā)微波的傳播方向單一且與分子運(yùn)動(dòng)方向垂直，不會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)。下面簡(jiǎn)要地列舉上文提到的幾類(lèi)分子的傅里葉變換的微波譜圖。

.1閉殼分子（1Σ）

加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的Gerry教授在Ballelygare類(lèi)型的光譜儀上以脈沖激光氣化技術(shù)獲得了大量的閉殼金屬化合物的微波光譜＼[38～2＼]。在Ziurys研究組采用圖2所示的微波光譜儀上用高壓脈沖放電技術(shù)，以氬氣中的低濃度Zn（C3）2與Al（C3）3為前體，成功制造了ZnCN，ZnCl以及AlCC等活潑閉殼分子

2洪德情形自由基

3分子內(nèi)“隧道效應(yīng)”情形。

分子內(nèi)的各種“隧道效應(yīng)”在理論與實(shí)踐上都已研究得很透徹。譬如氨分子相對(duì)其質(zhì)心在空間上的反轉(zhuǎn)遭遇到原子共面時(shí)的反轉(zhuǎn)勢(shì)壘而產(chǎn)生量子雙勢(shì)阱，勢(shì)阱內(nèi)最低的“反?！闭駝?dòng)躍遷在2 Gz附近，遠(yuǎn)低于其轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)（B0≈298 Gz）＼[15，20＼]。此外，分子環(huán)的折疊振動(dòng)以及復(fù)合物內(nèi)的質(zhì)子“隧道效應(yīng)”也能產(chǎn)生量子雙勢(shì)阱＼[21，22＼]。van Wijngaarden等通過(guò)對(duì)硅雜環(huán)丁烷的微波波段的振轉(zhuǎn)光譜的研究，得到了最低環(huán)折疊振動(dòng)能級(jí)差以及環(huán)骨架折疊角＼[22＼]。孫銘與Daly等在美國(guó)亞利桑那大學(xué)Kukolich教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組里對(duì)丙炔酸與甲酸形成的平面氫鍵復(fù)合物的微波光譜進(jìn)行了深入研究＼[2，5～56＼]。

的勢(shì)壘，這導(dǎo)致了如圖7A下圖所示的在量子雙勢(shì)阱里質(zhì)子“隧道效應(yīng)”的振動(dòng)能級(jí)的成對(duì)的宇稱(chēng)分裂。由于此復(fù)合物存在a偶極與b偶極，根據(jù)躍遷選律會(huì)出現(xiàn)兩套a型純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜（振動(dòng)能級(jí)宇稱(chēng)性不變）與兩套b型的振轉(zhuǎn)光譜（振動(dòng)能級(jí)宇稱(chēng)性改變）。將氫鍵中的兩質(zhì)子用氘取代后由于質(zhì)量增加勢(shì)壘增高，最低的振動(dòng)能級(jí)對(duì)的間距由290 Mz縮小到3.5 Mz，使原本分得很開(kāi)的a型純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷對(duì)幾乎重疊在一起。圖7B顯示了孫銘等用搭建的小型窄帶微波光譜儀捕獲的氘代后幾乎重疊的兩組a型純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷對(duì)＼[56＼]。對(duì)于更常見(jiàn)的由內(nèi)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的AE分裂的情況，alfen等深入地研究了含有甲基內(nèi)轉(zhuǎn)子的羥基丙酮＼[57＼]與乙胺＼[58＼]的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，并進(jìn)行了相應(yīng)的天文觀測(cè)。

5展望

當(dāng)前微波光譜儀尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)研究主要局限于實(shí)驗(yàn)室，服務(wù)于分子結(jié)構(gòu)與天文觀測(cè)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。隨著世界各國(guó)在深空高分辨探測(cè)上的大力投入，轉(zhuǎn)動(dòng)光譜學(xué)研究在未來(lái)幾十年里依然會(huì)發(fā)揮重要作用。盡管轉(zhuǎn)動(dòng)光譜儀檢測(cè)迅速、定性能力好，甚至能突破圓二色光譜儀等傳統(tǒng)儀器的靈敏度極限檢測(cè)手性化合物＼[7，8＼]，但目前也存諸多困難與挑戰(zhàn)。微波光譜儀檢測(cè)的是氣相光譜，需要待測(cè)物有適當(dāng)?shù)恼魵鈮?。檢測(cè)固體則需要激光等輔助技術(shù)來(lái)氣化樣品。日本東京大學(xué)的Endo研究組最先利用激光技術(shù)在微波光譜儀上檢測(cè)到離子化合物NaCl與Ar的二元復(fù)合物（NaClAr）＼[59＼]?！睹绹?guó)化學(xué)會(huì)志》與《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》雜志分別報(bào)道了西班牙巴利亞多利德大學(xué)Alonso研究組利用新型微波光譜儀并結(jié)合激光無(wú)損氣化技術(shù)來(lái)分析氨基酸與脫氧核糖等容易熱分解的大分子化合物＼[60，61＼]。與質(zhì)譜類(lèi)似，微波光譜儀的檢測(cè)對(duì)象的分子量正在逐漸增大，并有望用于分析多肽甚至蛋白質(zhì)等大分子及其構(gòu)象。此外，微波光譜儀一般體積較大不便攜帶。目前，Shubert ＼[62＼]和Sun＼[56＼] 等都在儀器小型化上做出過(guò)努力。Grubbs II等還將ChirpedPulse寬帶與Ballelygare類(lèi)型的窄帶微波光譜儀整合在一起＼[32＼]。在保持靈敏度的情況下，如何將微波光譜儀小型化、寬帶化，使之成為面向分析化學(xué)領(lǐng)域的商業(yè)化儀器，是未來(lái)儀器領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。長(zhǎng)期以來(lái)，利用外加電場(chǎng)的斯塔克效應(yīng)以及與其它不同波段的電磁波連用的多重共振微波技術(shù)為提高轉(zhuǎn)動(dòng)光譜儀的分析靈敏度與分辨率做出了重要貢獻(xiàn)＼[7，63～66＼]。近年來(lái)，Michelson和MartinPuplett型傅里葉分光干涉頻譜儀在涉及天文觀測(cè)、化武探測(cè)以及大氣監(jiān)控等領(lǐng)域的超光譜成像上取得了很大的進(jìn)展＼[67～69＼]，這為設(shè)計(jì)新型的寬帶轉(zhuǎn)動(dòng)光譜儀以及拓寬儀器的應(yīng)用范圍都提供了很好的思路。

感 謝美國(guó)亞利桑那大學(xué)Kukolich教授與加拿大曼尼托巴大學(xué)van Wijngaarden教授同意使用其實(shí)驗(yàn)室光譜圖

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6Nakajima M， Sumiyoshi Y， Endo Y. Rev. Sci . Instrum.， 2002， 73（1）： 165-171

65Dian B C， Brown G G， Douglass K O， Rees S， Johns J E， Nair P， Suenram R D， Pate B . Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2008， 105（35）： 12696-12700

66Shubert V A， Schmitz D， Patterson D， Doyle J M， Schnell M. Angew. Chem. Int. Ed. 201， 53（）： 1152-1155

67arley V，Chamberland M， Lagueux P， Valliéres A， Villemaire A， Giroux J. Proceedings of SPIE， 2007， 6661： 66610L

68Maillard J P， Drissen L， Grandmont ， hibault S. Exp. Astron.， 2013， 35： 527-559

69illiard L， Racette P， Blackwell W， Galbraith C， hompson E. yperspectral Microwave Atmospheric Sounder （yMAS） Architecture and Design Accommodations， Big Sky， M： IEEE Aerospace Conference， 2013： 1-11

AbstractBased on quantum mechanics， rotational spectroscopy is a branch of fundamental science to study the rotational spectra of molecules， free radicals and ions， and has great applications on radio astronomy and many analytical fields such as atmospheric remote sensing. In this paper we reviewed the basic theory of rotational spectroscopy， two different types of ourier transform microwave spectrometers， some typical spectroscopic analysis， and future prospect of the microwave spectroscopic techniques as well.

KeywordsRotational spectroscopy； Microwave spectrometer； ourier transform； Review

62Suenram R D， Grabow J， Zuban A， Leonov I. Rev. Sci. Instrum.， 1999， 70（）： 2127-2135

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AbstractBased on quantum mechanics， rotational spectroscopy is a branch of fundamental science to study the rotational spectra of molecules， free radicals and ions， and has great applications on radio astronomy and many analytical fields such as atmospheric remote sensing. In this paper we reviewed the basic theory of rotational spectroscopy， two different types of ourier transform microwave spectrometers， some typical spectroscopic analysis， and future prospect of the microwave spectroscopic techniques as well.

KeywordsRotational spectroscopy； Microwave spectrometer； ourier transform； Review

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AbstractBased on quantum mechanics， rotational spectroscopy is a branch of fundamental science to study the rotational spectra of molecules， free radicals and ions， and has great applications on radio astronomy and many analytical fields such as atmospheric remote sensing. In this paper we reviewed the basic theory of rotational spectroscopy， two different types of ourier transform microwave spectrometers， some typical spectroscopic analysis， and future prospect of the microwave spectroscopic techniques as well.

KeywordsRotational spectroscopy； Microwave spectrometer； ourier transform； Review