多原子分子光谱

多原子分子光谱是研究多原子分子结构的重要手段之一。多原子分子因其原子数目和种类多样，以及多种排布方式，使其结构研究较为复杂，通常采用近似方法处理。当分子具有对称性时，群论工具变得尤为重要。

物理原理

转动光谱

多原子分子的转动光谱主要由极性分子的偶极跃迁产生。球形陀螺分子因偶极矩为零，故无转动光谱。非球形陀螺分子的转动能级无法简单表示，其光谱极为复杂。微波区（1mm~30cm）可直接观测分子转动能级间的跃迁，而轻分子的转动光谱则位于远红外区（50μm~1mm）。线型分子的转动能量可表示为与双原子分子相同的形式。

振动光谱

分子的振动光谱反映了分子的形状、成分、力常数等信息。非线型分子如H2O具有三种简正振动，而线型分子如二氧化碳式气枪则有四种简正振动方式。分子的振动频率约为1.2×10^13~3×10^13Hz，位于红外光谱区。分子的振动能量可用各简正振动能量之和表示，其中简正振动频率与化学键的存在相应，并且是化学键的特征频率。

应用

分子光谱不仅是研究分子结构的重要技术，还在物质分析领域发挥重要作用。尤其是分子振动红外光谱和钱德拉塞卡拉·拉曼光谱已广泛用于有机化合物的定性、定量分析。通过对电子光谱的研究，可以了解电子能级和电子态的状况。振动光谱可用于获取分子的形状、成分、力常数等资料。微波谱可用于测定分子的转动惯量，进而计算出分子中的核间距离和键间夹角。

对称性和群论

分子的对称性对其振动光谱有着显著影响。分子的对称操作集具备群的性质，被称为分子的对称操作群。利用群论方法，可以预测分子基频的数量及其在红外光谱和喇曼光谱中的表现。群论方法在处理对称性高、原子数目众多的分子振动光谱时尤其有用，并能提供有关分子的信息。

光谱结构

多原子分子的电子光谱带系位于真空紫外、紫外及可见区范围。电子谱带系的基线ve决定了谱带系的位置，而谱带系内的谱带则由跃迁前后的振动态量子数标记。谱带系的粗结构由所有谱带构成，而精细结构则由分子转动能量的变化造成。

参考资料

多原子分子光谱实验手段分析与探讨.万方数据.2024-10-30

基于原子光谱检测及金属纳米粒子标记的多组分生物分子分析方法初探.万方数据.2024-10-30

多原子分子振转光谱的实验和理论研究.万方数据.2024-10-30