Изотопный сдвиг - Isotopic shift

В изотопический сдвиг (также называемый изотопическим сдвигом) - это сдвиг в различных формах спектроскопия что происходит, когда один ядерный изотоп заменяется другим.

Атомные спектры

Изотопные сдвиги в атомных спектрах - это мельчайшие различия между электронными уровнями энергии разных изотопов одного и того же элемента. Сегодня они являются центром множества теоретических и экспериментальных усилий из-за их важности для атомной и ядерной физики. Если атомные спектры также имеют сверхтонкая структура смещение относится к центру тяжести спектров.

С точки зрения ядерной физики, изотопные сдвиги объединяют различные точные зонды атомной физики для изучения ядерная структура, и их основное применение - независимое от ядерной модели определение разности зарядовых радиусов.

Этому сдвигу способствуют два эффекта:

  • Разница масс (массовый сдвиг), определяющая изотопический сдвиг легких элементов.[1] Он традиционно делится на нормальный сдвиг массы (NMS), возникающий в результате изменения приведенной массы электронов, и сдвиг удельной массы (SMS), который присутствует в многоэлектронных атомах и ионах. NMS - это чисто кинематический эффект, теоретически изученный Хьюзом и Эккартом.[2] Эффект сдвига удельной массы был впервые обнаружен в спектре изотопов неона А. Нагаока и Мисима.[3]
  • Разность объемов (сдвиг поля), которая доминирует при изотопическом сдвиге тяжелых элементов. Эта разница вызывает изменение распределения электрического заряда ядра. Этот эффект важен для тяжелых элементов, и его первая теория была сформулирована Паули и Пайерлсом.[4][5][6] Если принять упрощенную картину, изменение уровня энергии в результате разницы объемов пропорционально изменению полной плотности вероятности электронов в начале координат, умноженной на разность среднеквадратичных зарядов.

ЯМР-спектроскопия

В ЯМР-спектроскопия Изотопное воздействие на химические сдвиги обычно невелико, намного меньше 1 ppm типичной единицы измерения сдвигов. В 1
ЧАС ЯМР-сигналы для 1
ЧАС
2 и 1
ЧАС2
ЧАС («HD») легко различить по их химическим сдвигам. Асимметрия сигнала для примеси "protio" в CD
2Cl
2 возникает из-за различных химических сдвигов CDHCl
2 и CH
2Cl
2.

H ЯМР спектр раствора HD (отмечены красными полосами) и H2 (синяя полоса). Триплет 1: 1: 1 возникает в результате объединения 1Ядро H (я = 1/2) в 2Ядро H (I = 1).

Колебательные спектры

Изотопные сдвиги наиболее известны и наиболее широко используются в вибрационной спектроскопии, где сдвиги велики и пропорциональны отношению квадратного корня из изотопных масс. В случае водорода "сдвиг H-D" равен (1/2)1/2 или 1 / 1.41. Таким образом, (полностью симметричное) колебание C-H для CH
4 и CD
4 происходят на высоте 2917 см−1 и 2109 см−1, соответственно.[7] Этот сдвиг отражает разные Уменьшенная масса для затронутых облигаций.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кинг, У. Х. (1984), "Изотопные сдвиги в рентгеновских спектрах", Изотопные сдвиги в атомных спектрах, Springer US, стр. 55–61, Дои:10.1007/978-1-4899-1786-7_5, ISBN  9781489917881
  2. ^ Hughes, D. J .; Эккарт, К. (1930). «Влияние движения ядра на спектры Li I и Li II». Phys. Rev. 36 (4): 694–698. Bibcode:1930PhRv ... 36..694H. Дои:10.1103 / PhysRev.36.694.
  3. ^ H. Nagaoka и T. Mishima, Sci. Пап. Inst. Phys. Chem. Res. (Токио) 13, 293 (1930).
  4. ^ W. Pauli, R.E. Peierls, Phys. З. 32 (1931) 670
  5. ^ Brix, P .; Копферманн, Х. (1951). "Neuere Ergebnisse zum Isotopieverschiebungseffekt in den Atomspektren". Festschrift zur Feier des Zweihundertjährigen Bestehens der Akademie der Wissenschaften в Геттингене. Springer. С. 17–49. Дои:10.1007/978-3-642-86703-3_2. ISBN  978-3-540-01540-6.
  6. ^ Копферманн, Х. (1958). Ядерные моменты. Академическая пресса.
  7. ^ Такехико Симаноути (1972). "Сводные таблицы частот молекулярных колебаний" (PDF). Национальное бюро стандартов. НСРДС-НБС-39.