Спектр поглощения воды: что это такое, применение. Спектроскопия

что это такое, применение. Спектроскопия

Спектры поглощения различных веществ могут предоставить нам информацию об их химическом составе, молекулярной структуре и атомном строении. Область спектроскопии занимается их получением и анализом. Полученные таким образом знания можно использовать для разработки и получения новых материалов с интересными свойствами, что позволило нам создать современные самолеты, катализаторы выхлопных газов, фотогальванические элементы или литий-ионные батареи.

Спектроскопия

Изучение атомных спектров полезно не только в материаловедении – спектроскопический анализ также является основополагающим в работе реставраторов произведений искусства. Это, в том числе, позволяет понять, почему работает микроволновая печь.

Рис. 1. Мы можем использовать абсорбционную спектроскопию для безопасного изучения произведений искусства. Источник фото: http://monalisa.org/

Слово спектр происходит от латинского слова spectrum, означающего появление, вид или образ, а также дух или фантом. “Спектроскопия”, с другой стороны, – это метод получения и изучения спектров, то есть зависимости физических величин от длины волны, частоты или энергии света. Поэтому термин “абсорбционная спектроскопия” будет использоваться для описания методов исследования, целью которых является получение спектра поглощения вещества.

Обратите внимание, что когда мы пишем о спектроскопических методах, мы используем множественное число – не существует единственного метода, называемого “абсорбционная спектроскопия”. В зависимости от используемой длины волны света можно говорить о различных разновидностях абсорбционной спектроскопии (и различных спектрах поглощения). Примеры (не все!) этого семейства представлены в таблице 1.

Тип используемого излучения	Название метода
Рентгеновское	Рентгеновская абсорбционная спектроскопия
Ультрафиолетовое и видимое	Ультрафиолетовая – видимая спектроскопия (UV-VIS-спектроскопия)
Инфракрасное	Инфракрасная абсорбционная спектроскопия
Микроволновое	Микроволновая абсорбционная спектроскопия
Радиоволновое	Спектроскопия ядерного магнитного резонанса. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса.

Таблица 1: Разновидности абсорбционной спектроскопии.

Прежде чем двигаться дальше, давайте вспомним, что такое спектр поглощения – его получают, освещая вещество определенным излучением и исследуя излучение, которое проходит через вещество. Другими словами, если мы наблюдаем отсутствие определенных длин волн в спектре поглощения по сравнению с падающим излучением, это означает, что эти длины волн были поглощены материалом.

Схема метода поглощения показана на рис. 2, а пример спектра поглощения – на рис. 3. Это спектр поглощения солнечного излучения, полученный, когда солнечное излучение, произведенное глубоко внутри звезды, проходит через слои газа. Видимые черные линии указывают на то, что часть излучения была поглощена.

Рис. 2. Схема типичного метода абсорбции (поглощения)Рис. 3. Спектр поглощения солнечного излучения. Источник рисунка: https://ru.wikipedia.org/wiki/Абсорбционная_спектроскопия

Различные виды абсорбционной спектроскопии являются мощными инструментами для изучения разнообразных свойств материалов. В таблице 2 мы привели примеры информации, которую можно получить, изучая спектры поглощения в различных спектральных диапазонах.

Таблица 2: Научные применения абсорбционной спектроскопии

Применение

В таблице 2 мы представили типичные научные применения абсорбционной спектроскопии. Но давайте попробуем ответить на вопрос – чем могут быть полезны для нас исследованные свойства? Какую пользу мы можем извлечь из знания взаимного расположения атомов в материале или типов химических связей? Другими словами, почему эти методы так важны?

Ответ очень общий – знание перечисленных аспектов позволяет нам, в частности, связывать различные свойства материалов с их атомной структурой. Зная, как связаны свойства и структура материала, мы можем попытаться изменить эту структуру и таким образом улучшить свойства материалов. В результате мы теперь можем производить очень прочные и очень легкие композитные материалы, которые используются, например, при строительстве самолетов, все более совершенные электрические проводники, каталитические нейтрализаторы для разложения выхлопных газов автомобилей, литий-ионные батареи, фотогальванические элементы или датчики выхлопных газов или других токсичных газов.

Изучая свойства различных материалов с помощью методов абсорбционной спектроскопии, мы можем разрабатывать новые материалы с улучшенными свойствами. Например, самолет Boeing 787-8, легче предшественников в своем классе благодаря использованию в его конструкции современных композитных материалов.

Однако применение абсорбционной спектроскопии не ограничивается материаловедением. Возьмем пример из совершенно другой области – искусства! При изучении различных произведений живописи историков интересуют ответы на следующие вопросы: является ли картина, которую мы видим сегодня, той, которую художник написал изначально? Какова была техника рисования? И, наконец, не менее важный вопрос – является ли данная картина оригиналом или очень хорошо созданной копией? Методы абсорбционной спектроскопии могут дать ответы на эти вопросы!

В истории искусства часто случалось так, что художник, например, получал заказ от своего покровителя написать первый вариант той или иной картины. Если меценат не был удовлетворен результатом, художник закрашивал или перерисовывал части картины. Бывает также, что пигменты, используемые в красках, не выдержали испытания временем и в результате химических реакций изменили свой цвет – так, например, темно-зеленая краска может стать коричневой. Наконец, случается, что работа оригинального художника впоследствии “исправляется” другими. Такие изменения коснулись, например, знаменитой “Дамы с горностаем” Леонардо да Винчи, где фон за фигурой был закрашен черным, а сама дама и горностай отретушированы. Текущая версия изображения показана на рисунке 4.

Рис. 4. Дама с горностаем. Автор картины: Леонардо да Винчи. Леонардо да Винчи, общественное достояние, через Wikimedia Commons

На рис. 5 представлен фрагмент горностая, увиденный в инфракрасном излучении. Темные участки сильно поглощают это излучение, светлые – слабо.

Более высокое поглощение в какой-либо области может означать, что под видимым слоем может находиться более ранняя версия изображения – в данном случае более темная линия вокруг морды животного указывает на то, что в первоначальной версии изображения она была немного больше.

Рис.5. Часть горностая в инфракрасном диапазоне. Источник

С другой стороны, на рис. 6 показано использование поглощения ультрафиолетового излучения. Изображение поглощает ультрафиолетовое излучение и испускает излучение в видимом свете. Состав этого света зависит от типа используемого пигмента и его элементного состава. В красной краске, которой да Винчи покрасил рукав платья портретируемой Чечилии Галлерани, присутствуют, в частности, свинец, ртуть, железо и кальций. Обратите внимание, как меняется пропорция каждого элемента в более светлых и более темных областях рукава.

Рис. 6. Фрагмент рукава платья с элементарным анализом использованной краски. Источник

Изучение химического состава пигментов также позволяет ответить на вопрос, каким был их первоначальный цвет – не изменился ли цвет, который мы видим сегодня, под воздействием, например, погодных условий. Наконец, это позволяет определить, имела ли место подделка. Если при исследовании картины обнаруживается присутствие красителей, по составу схожих с теми, которые используются сегодня, а не во время создания картины, мы можем быть уверены, что данная картина не является оригиналом.

Давайте теперь сменим тему на несколько иную – от материаловедения и искусства перейдем к изучению… воды. Мы попытаемся объяснить некоторые его свойства, основываясь на спектрах поглощения для различных диапазонов излучения.

Мы знаем, что вода прозрачна в видимом свете, но имеет легкий голубоватый оттенок. Почему? Посмотрите на рис. 7. На нем показана зависимость коэффициента поглощения воды (вертикальная ось) от длины волны падающего излучения (горизонтальная ось). Вертикальная ось показана в логарифмическом масштабе.

Из графика можно сделать два важных вывода: во-первых, коэффициент поглощения не является постоянной величиной, а зависит от длины волны (или частоты) падающего света! Во-вторых, мы видим, что длины волн, создающие впечатление фиолетового и синего цветов, поглощаются более чем в 100 раз меньше, чем те, которые ассоциируются с красным цветом! Это придает воде “голубоватый” оттенок.

Рис. 7. Зависимость коэффициента поглощения в зависимости от длины волны излучения. Источник

Давайте теперь проанализируем другой спектр, на этот раз в области микроволнового излучения. Она представлена на рис. 8. Пунктирными линиями на рисунке показана зависимость так называемых диэлектрических потерь как функция частоты излучения и температуры. Диэлектрические потери связаны с поглощением – чем выше диэлектрические потери, тем выше поглощение излучения.

Поэтому кривые, показанные на рис. 8. можно также назвать спектрами поглощения, просто представленными с помощью других физических величин. “Диэлектрические потери” означают, что энергия падающего излучения будет поглощена материалом. Мы знаем, что поглощенная энергия направлена на увеличение интенсивности колебаний молекул воды. Макроскопически это означает, что вода повышает свою температуру при освещении микроволнами.

Рис. 8. Диэлектрические потери воды в зависимости от температуры и частоты излучения. Источник: Андрей Андриевский, Светлана М. Кузнецова, Сергей В. Жуковский, Юрий С. Кившарь, Андрей В. Лавриненко “Water: Promising Opportunities For Tunable All-dielectric Electromagnetic Metamaterials” Scientific Reports 5:13535, DOi: 10. 1038/srep13535.

Можете ли вы придумать какое-нибудь применение этому явлению? Это, конечно же, микроволновая печь. Типичное устройство такого типа производит микроволны с частотой 2,45 ГГц (что соответствует длине волны около 0,12 м). Из рис. 8 видно, что диэлектрические потери на этой частоте отличны от нуля – поэтому вода, присутствующая в пище, поглощает микроволновое излучение и повышает свою температуру, что приводит к нагреванию всей пищи.

Анализируя рис. 9, можно также задать вопрос – почему мы не используем в микроволновых печах частоты, где диэлектрические потери еще выше – например, около 10 ГГц? Ведь тогда поглощение излучения происходило бы еще эффективнее, и пища нагревалась бы быстрее! Ответ связан с другим свойством излучения – чем выше коэффициент поглощения (или диэлектрические потери), тем меньше излучение проникает в материал.

Высокие диэлектрические потери означают, что большая часть излучения поглощается очень близко к поверхности. Поэтому, если бы микроволновые печи вырабатывали микроволны более высокой частоты, то нагреваемая пища была бы очень горячей в тонком слое у поверхности и становилась бы холодной в глубине. При более низких частотах микроволн поглощенная энергия более равномерно распределяется по пище.

Наконец, проанализируем зависимость коэффициента поглощения воды для широкого диапазона частот. На рисунке 9 показан диапазон видимого света, который мы обсуждали ранее. Анализируя спектр в широком диапазоне, можно увидеть, что поглощение воды в видимом диапазоне очень слабое – вода гораздо лучше поглощает волны из инфракрасного и микроволнового диапазона (что вызывает ее нагрев) и из ультрафиолетового диапазона.

Рис. 9. Коэффициент поглощения воды в зависимости от длины волны излучения. Источник

Для сравнения – поглощение в ультрафиолете примерно в миллиард раз сильнее, чем в видимой области! Сильное поглощение в этой области уже связано с фотоионизацией воды – излучение поглощается молекулами воды и вызывает выбивание из них электронов.

Своим присутствием на Земле мы обязаны тому факту, что вода лишь слабо поглощает излучение видимого диапазона. Если бы вода сильно поглощала это видимое излучение, все водоемы были бы темными и мутными. Это предотвратило бы развитие водных растений, а затем и водных животных.

Список использованной литературы

1. Ельяшевич М. А. Спектры оптические // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — С. 628—629. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
2. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. – 19-е изд. – М. : Просвещение, 2010. – 399 с.
3. Малышев, В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию. — М.: Наука, 1979. — 479 с.
4. John M. Chalmers; Peter Griffiths, eds. (2006). Handbook of Vibrational Spectroscopy. New York: Wiley. doi:10.1002/0470027320. ISBN 978-0-471-98847-2.

Спектры поглощения жидкой воды

Обертонные колебания. Вода в жидком состоянии уже давно является объектом самых широких спектральных исследований. Несмотря на это, ее строение до сих пор остается окончательно не установленным [257, 274]. Спектры обертонных колебаний различных изотопных форм воды впервые были получены более 35 лет назад [251]. Тогда же было обнаружено, что число наблюдаемых полос в три с лишним раза меньше числа обертонов того же порядка, лежащих в этой области спектра. Детальным и обстоятельным исследованиям спектры воды в ближней инфракрасной области подверглись только в последние пять — семь лет [326—333, 428, 430].[ …]

Исследования спектров водных растворов различных солей [326 —329 , 430] показывают, что изменения спектра, вызываемые растворенными веществами (см. рис. 49, кривая 3), аналогичны его температурным изменениям. Исходя из чисто внешней аналогии спектральных эффектов, сопровождающих эти процессы, и делая весьма сомнительное допущение о том, что ионы всегда разрушают структуру воды, некоторые авторы используют термин «структурная температура». Поскольку этот термин отражает лишь внешнее сходство наблюдаемых процессов и никак не вскрывает природы явления, его применение представляется малоцелесообразным и поэтому в дальнейшем он употребляться не будет. [ …]

Наблюдаемые температурные изменения спектров воды были использованы авторами для обнаружения и определения концентрации свободных (несвязанных водородной связью) ОН-групп в воде при нормальных условиях. Никаких пиков и даже перегибов, говорящих о присутствии искомых полос, ни при каких температурах авторами [329, 333] обнаружено не было. Поэтому те оценки концентрации свободных ОН-групп и среднего размера кластера, которые они делают при очень сомнительных допущениях о положении полосы свободных ОН-групп и ложном тезисе о мономерном характере паров при 405° С, являются совершенно некорректными.[ …]

Из этой формулы видно, что если показатель преломления исследуемого вещества в какой-то области меняется, то в этой области изменится и его коэффициент отражения. Пренебрежение этим эффектом приводило не только к ошибкам в определении положений максимумов полос поглощения, но и к еще большим неточностям в измерении их интенсивностей [72, 166]. Развитие метода нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) [69, 70, 74, 164, 240] позволило измерить обе оптические постоянные воды — действительную и мнимую части показателя преломления п = п — Ы, где я = ть/ч (табл. 16) [75]. Найденные значения хорошо согласовывались с результатами других измерений оптических постоянных воды по ее пропусканию [72, 75, 367, 368], внешнему отражению [240, 368, 373] и НПВО [72, 75]. Аналогичные исследования американских ученых [378, 380] подтвердили правильность полученных ранее величин п (у) и я (у) [75]. В отношении интерпретации полос, которые в виде перегибов обнаруживаются на сложном контуре около 3400 см 1 и в более низкочастотной области, большинство авторов придерживается единого мнения (табл. 17).[ …]

Спектры пропускания жидкой воды, находящейся между окнами из различных материалов, как и следует из теории (см. формулу (30)), заметно отличаются один от другого. Однако после введения поправок на отражение даже при самых тщательных измерениях никаких изменений в спектре 1—2-микронного слоя жидкой воды, вносимых поверхностью твердой подложки, обнаружить не удается.[ …]

Оба эти набора частот приводят к силовому полю, дающему невязку частот всего в 5—6 см и поэтому оба могут быть признаны одинаково удовлетворительными. Таким образом, интерпретация наиболее интенсивных полос жидкой воды оказывается связанной с молекулами, чья симметрия может быть несколько нарушена. Силовые постоянные связей при этом должны различаться не более чем на 7% (10,98 и 10,27-10е см 2), а образуемые ими водородные связи (см. формулу (15)) — не более чем в полтора раза 0,22 и 0,3-Ю6 см 2). Отношение естественных координат связей при валентных колебаниях таких молекул может достигать 1,7, но отнюдь не 10, как это утверждалось ранее [388].[ …]

Попытка представить спектр жидкой воды [как суперпозицию узкополосных спектров большого числа молекул, различно возмущенных тепловыми флюктуациями, вероятность распределения которых задается гон-контуром молекулы НБО, не дала пока ничего нового. Воссозданный по такому распределению спектр Н20 имеет две ветви гауссовой формы, совершенно эквивалентные уширенным полосам двух валентных колебаний одной молекулы воды [67].[ …]

Рисунки к данной главе:

Вернуться к оглавлению

Сборник по оптическому поглощению воды

Сборник по оптическому поглощению воды

Эта страница была первоначально создана в 1998 году и собирала информацию об оптическом поглощении воды, которую я оцифровал или расшифровал, а также
данные с давно умерших веб-сайтов, созданных Уорреном Вискомбом, Петром Дж. Флатау и Скоттом Пегау.

Единственные существенные расхождения в приведенных ниже данных касаются видимого (300–600 нм) диапазона.
где поглощение настолько низкое. Последние работы Папы
и Согандарес на
коэффициент поглощения воды в этом режиме свидетельствует о том, что она значительно
ниже, чем у большинства предыдущих исследователей. Более того, минимум
Длина волны поглощения теперь составляет около 420 нм, а не в зеленом цвете.
Практически это мало что меняет в биомедицинских приложениях, поскольку
вода, которую использовала группа Фрая, была чрезвычайно чистой.

Данные на удивление совпадают. Нарисуйте парочку для себя, или вы можете
просто посмотрите на (Сегельштейн) или
(Хейл и Куэрри) или
(Величка).

Компендиум

(все ссылки в формате BibTeX)

1929 Беккерель и Россиньоль (аннотация) (документ в формате pdf)

1940 Дорси (аннотация)

Свойства обычного водного вещества во всех его фазах

1963 Салливан (резюме) (данные)

Экспериментальное исследование поглощения в дистиллированной воде, искусственной морской воде и тяжелой воде в видимой области спектра

1968 Ирвин и Поллак (резюме) (данные)

Инфракрасно-оптические свойства воды и ледяных сфер

1969 Золотарев и др. (резюме) (данные)

Рассеивание и поглощение жидкой воды в инфракрасном и радиодиапазонах спектра

1973 Хейл и Куэрри
(Аннотация)
(гиф)
(данные)

Оптические константы воды в диапазоне длин волн от 200 нм до 200 мкм

1974 Палмер и Уильямс (аннотация) (данные)

Оптические свойства воды в ближнем инфракрасном диапазоне

1976 Остин и Халикас (аннотация)

Показатель преломления морской воды

         Копелевич (аннотация) (данные)

Оптические свойства чистой воды в диапазоне 250-600 нм

1977 Морель и Приер (аннотация) (данные)

Анализ вариаций цвета океана

1978 Куэрри, Кэри и Уоринг (резюме) (данные)

Лазерный метод с расщепленными импульсами для измерения коэффициентов ослабления прозрачных жидкостей: применение к деионизированной фильтрованной воде в видимой области

1979 Там и Патель (резюме) (данные)

Оптическое поглощение легкой и тяжелой воды методом лазерной оптоакустической спектроскопии

1980 Quickenden and Irvin (аннотация) (данные) (исходная таблица)

Ультрафиолетовый спектр поглощения жидкой воды

1981 Prieur and Sathyendranath (резюме) (данные)

Оптическая классификация прибрежных и океанических вод на основе специфических спектральных кривых поглощения пигментов фитопланктона, растворенных органических веществ и других твердых частиц.

         Сегельштейн
(Аннотация)
(гиф)
(данные)
(показатель преломления)

Комплексный показатель преломления воды

         Смит и Бейкер (резюме) (данные)

Оптические свойства чистейших природных вод (200-800нм)

1982 Бейкер и Смит (аннотация)

Биооптическая классификация и модель природных вод

1984 Warren (резюме) (данные пересмотрены 1005)

Оптические константы льда от ультрафиолета до микроволн

1986 Бойван и др. (резюме) (данные)

Определение коэффициентов ослабления видимого и ультрафиолетового излучения в тяжелой воде

1988 Шифрин (аннотация) (данные)

Физическая оптика океанской воды

1989 Величка, Венг и Куэрри
(Аннотация)
(гиф)
(данные)

Клиновидная ячейка для жидкостей с высокой поглощающей способностью: инфракрасные оптические константы воды

1990 Шибенер и др. (аннотация)

Показатель преломления воды и пара в зависимости от длины волны, температуры и плотности

1991 Перович и Говони (аннотация)

Коэффициенты поглощения льда от 250 до 400 нм

         Querry, Wieliczka, and Segelstein (резюме) (данные)

Вода (H ₂ O)

         Согандарес (аннотация)

Спектральное поглощение чистой воды

1992 Фрай, Каттавар и Поуп (аннотация)

Интегральный резонаторный абсорбционный измеритель

1993 Али и Эсмаил (аннотация)

Показатель преломления соленой воды: влияние температуры

         Коу (резюме)

Показатели преломления воды и льда в спектральном диапазоне 0,65-2,5 мкм

         Коу, Лабри и Чилек (резюме) (данные)

Показатели преломления воды и льда в спектральном диапазоне 0,65-2,5 мкм

         Папа (резюме) (данные)

Оптическое поглощение чистой воды и морской воды с помощью интегрирующего резонаторного абсорбционного измерителя

1994 Buiteveld, Hakvoort, and Donze (резюме) (данные)

Оптические свойства чистой воды

1995 Bricaud и др. (резюме) (данные)

Изменчивость хлорофилл-специфических коэффициентов поглощения природного фитопланктона: анализ и параметризация

         Куан и Фрай (аннотация)

Эмпирическое уравнение для показателя преломления морской воды

         Zelsmann (резюме)

Температурная зависимость оптических констант для жидкого H ₂ О и D ₂ О в дальней ИК области

1997 Поуп и Фрай (аннотация) (данные)

Спектр поглощения (380-700нм) чистой воды. II. Интеграция измерений полости

         Согандарес и Фрай (резюме) (данные)

Спектр поглощения (340-640нм) чистой воды. I. Фототермические измерения

Поглощение воды — wikidoc

Файл:MODIS ATM solar irradiance.jpg

Спектр солнечного излучения над атмосферой (синяя кривая) и прошедшего на поверхность Земли (оранжевая кривая) с основными полосами поглощения.

Водопоглощение — это явление при передаче электромагнитного излучения через среду, содержащую молекулы воды. Молекулы воды возбуждаются излучением на определенных длинах волн и имеют тенденцию выборочно поглощать части спектра, позволяя передавать баланс спектра с минимальным эффектом.

Сильные полосы поглощения водяного пара появляются на длинах волн около 2500, 1950 и 1450 нанометров (нм), ^{[1] [2]}
с более слабым поглощением около 1200 и 970 нм, ^[3]
и три дополнительных набора линий поглощения водяного пара вблизи 930, 820 и 730 нм, ^[4]
все в инфракрасном спектре. Вода имеет сложный спектр поглощения — обновленная база данных спектроскопии HITRAN за 2007 год содержит более 64 000 спектральных линий, соответствующих значительным переходам водяного пара в диапазоне от микроволнового диапазона до видимого спектра. ^[5]

Характеристики поглощения жидкой воды смещены в сторону более длинных волн от характеристик поглощения водяного пара примерно на 60 нм. ^[6] В шестиугольном льду черты сдвинуты еще больше. В жидкой воде и льду инфракрасные спектры и спектры комбинационного рассеяния гораздо сложнее, чем в парах. ^[7]

Содержание

• 1 Воздействие атмосферы
• 2 Техническое пояснение
• 3 См. также
• 4 Каталожные номера

Атмосферное воздействие

Водяной пар является парниковым газом в атмосфере Земли, ответственным за 70% известного поглощения падающего солнечного света, особенно в инфракрасной области, и около 60% известного поглощения атмосферой теплового излучения Земли как парниковый эффект. ^[8] Это также важный фактор в многоспектральной визуализации и гиперспектральной визуализации, используемых для дистанционного зондирования ^[5] , поскольку водяной пар по-разному поглощает излучение в разных спектральных диапазонах. Его эффекты также являются важным фактором в инфракрасной астрономии и радиоастрономии в микроволновом или миллиметровом диапазонах волн. Телескоп Южного полюса был построен в Антарктиде отчасти потому, что высота над уровнем моря и низкие температуры означают, что в атмосфере очень мало водяного пара. ^[9]

Точно так же полосы поглощения углекислого газа возникают около 1400, 1600 и 2000 нм, ^[10] , но его присутствие в атмосфере Земли составляет всего 26% парникового эффекта. ^[8] Углекислый газ поглощает энергию в некоторых небольших сегментах теплового инфракрасного спектра, которые пропускает водяной пар. Это дополнительное поглощение в атмосфере заставляет воздух немного нагреваться, и чем теплее атмосфера, тем больше ее способность удерживать больше водяного пара. Это дополнительное поглощение водяного пара еще больше усиливает парниковый эффект Земли. ^[11]

И наоборот, существует атмосферное окно примерно между 800 и 1400 нм в ближней инфракрасной области спектра, где поглощение углекислого газа и воды слабое. ^[12] Это окно позволяет излучать большую часть теплового излучения в этом диапазоне в космос, удерживая атмосферу Земли от теплового разгона. Этот диапазон также используется для дистанционного зондирования Земли из космоса, например, для получения изображений VNIR.

Техническое пояснение

Полосы поглощения водяного пара связаны с молекулярными колебаниями, включающими различные комбинации трех основных колебательных переходов молекулы воды:

• V1: режим симметричного растяжения
• V2: режим изгиба
• V3: режим асимметричного растяжения

Характеристика поглощения с центром около 970 нм относится к комбинации 2V1 + V3, одна около 1200 нм — к комбинации V1 + V2 + V3, одна около 1450 нм — к комбинации V1 + V3 , и
один около 1950 нм до комбинации V2 + V3. ^[3]

В жидкой воде вращение, как правило, ограничивается водородными связями, что приводит к либрациям или качательным движениям. Также растяжение смещается к более низкой частоте, в то время как частота изгиба увеличивается за счет водородных связей. ^[7]

Три основных колебания молекулы воды Симметричный Растяжка (V1) Гибка или Ножницы (V2) Антисимметричный Растягивающий (V3) Файл: Симметричное растяжение. gif Файл:Scissoring.gif Файл:Асимметричное растяжение.gif

См. также

• Поглощение гидроксильных ионов в оптическом волокне
• Цвет воды

Ссылки

1. ↑ Картер Г.А. (1993). «Связь спектральной отражательной способности листьев с содержанием воды в хлоропластах, определенная с помощью ЯМР-микроскопии». Дистанционное зондирование окружающей среды . 46 (3): 305–310. дои: 10.1016/0034-4257(93)

   -8. Проверено 31 октября 2007 г. . Реакции отражательной способности на содержание воды в листьях были наибольшими в полосах поглощения воды вблизи длин волн 1450 нм, 1950 нм и 2500 нм Неизвестный параметр | соавторы = игнорируется (помощь)

2. ↑ Россель, Р.А.В. (1998). «Лабораторная оценка метода проксимального зондирования для одновременного измерения содержания почвенной глины и воды». Геодерма . 85 (1): 19–39. doi: 10.1016/S0016-7061(98)00023-8. Проверено 31 октября 2007 г. . сильные полосы поглощения групп ОН в почвенной воде около 1450, 1950 и 2500 нм. Неизвестный параметр |соавторы= игнорируется (помощь)
3. ↑ ^{3,0 3,1} Жакмуд, С. (2003). «Применение моделей переноса излучения для оценки содержания влаги и картирования выжженных земель» ( ^{[ мертвая ссылка ]} – ^{Поиск ученых} ). Совместная Европейская ассоциация лабораторий дистанционного зондирования (EARSeL) и программа GOFC/GOLD-Fire, 4-й семинар по лесным пожарам, Университет Гента, Бельгия, 5–7 июня 2003 г. . Проверено 31 октября 2007 г. . …в спектре действия воды три основных пика вблизи 1400, 1950 и 2500 нм и два второстепенных при 970 и 1200 нм, Неизвестный параметр |соавторы= проигнорировано (помощь)
4. ↑ Дуарте, отредактировано (1995). Применение перестраиваемого лазера . Нью-Йорк: М. Деккер. ISBN 0824789288. В ближней ИК-области спектра имеется три набора линий поглощения водяного пара. Те, что около 730 и 820 нм, полезны для измерений в нижней тропосфере, а те, что около 930 нм, полезны для измерений в верхней тропосфере…
5. ↑ ^{5,0 5,1} Гордон, Юли Э. (24 июня 2007 г.). «Текущие обновления списка линий водяного пара в HITRAN: новый Diet для полуширин с воздушным расширением» (pdf). Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . Проверено 3 ноября 2007 г. . Водяной пар является основным поглотителем длинноволнового излучения в земной атмосфере и оказывает сильное влияние на энергетический баланс атмосферы во многих спектральных диапазонах. База данных HITRAN перечисляет более 64 000 значительных переходов водяного пара в диапазоне от микроволнового до видимого диапазона с интенсивностью, охватывающей многие порядки величины. Эти переходы используются или должны учитываться в различных приложениях дистанционного зондирования. Неизвестный параметр |соавторы= игнорируется (помощь)
6. ↑ Тозелли, Ф. (1992). Спектроскопия изображений . Бостон: Kluwer Academic Publishers. ISBN 0792315359. Характеристики поглощения жидкой воды смещены в сторону более длинных волн от характеристик поглощения водяного пара примерно на 60 нм.
7. ↑ ^{7,0 7,1} Чаплин, Мартин (28 октября 2007 г.). «Спектр водопоглощения». Проверено 4 ноября 2007 г. . В жидкости вращения ограничиваются водородными связями, что приводит к либрациям. Кроме того, спектральные линии шире, что приводит к перекрытию многих пиков поглощения. Основная полоса растяжения в жидкой воде смещается к более низкой частоте, а частота изгиба увеличивается за счет водородной связи.
8. ↑ ^{8,0 8,1} Мореллис, Ахиллеас (01 мая 2003 г.). «Климатические эффекты водяного пара — physicsworld.com». Мир физики .