Mikrowellenspektroskopie
Die Mikrowellenspektroskopie dient vorzugsweise der Untersuchung von Gasen und Flüssigkeiten.
Experimentelle Voraussetzungen
Allgemein eignen sich nur Moleküle zur Mikrowellenspektroskopie, die Dipole bilden oder Schwingungen ausführen, bei denen sich das Dipolmoment verändert. Als Messverfahren kann zum einen bei verschiedenen Frequenzen die Absorption gemessen werden oder man bedient sich der Fouriertransformation und wertet eine zeitabhängige Absorption nach den darin enthaltenen Frequenzen aus.
Mikrowellenspektroskopie von Gasen
Mikrowellenspektren von Gasen zeichnen sich durch scharfe Absorptionslinien aus, deren Ursache meist in der Rotation von dipolbehafteten Molekülen liegt. Die scharfen Linien ergeben sich aus der Energiedifferenz quantenmechanisch festgelegter Energieniveaus von Molekülschwingungen beziehungsweise Rotationen. Aufgrund der Infrarot- und Mikrowellen-Absorption des Kohlendioxids (dort sind innermolekulare Schwingungen Ursache für die Absorption der Mikro- bzw Infrarotwellen) beruht auch ein Großteil des Treibhauseffektes, der zur Erdklimaerwärmung führt.
Mikrowellenspektroskopie von Flüssigkeiten
Die Mikrowellenspektroskopie dient aber auch der Aufklärung von Struktur und Dynamik von Flüssigkeiten und bezeichnet die Spektroskopie elektromagnetischer Wellen im Frequenzbereich von 10 MHz bis 100 GHz (zum Vergleich UKW-Frequenz = 100 Mhz, Handy-Frequenz = 2 GHz und Mikrowellenofen = 10 GHz). Die Mikrowellenspektren von Flüssigkeiten zeichnen sich gegenüber anderen durch sehr breite Absorptionsbanden aus, die durch mehrere Frequenzbereiche gehen. Im Mikrowellenspektrum liefern Moleküle einen Beitrag, die ein Dipolmoment aufweisen. Die Stärke des Dipolmoments geht vorzugsweise in die Stärke der Absorption ein, wogegen die Geschwindigkeit der Molekülbewegung (Taumelrotation) die Lage der Absorptionsbande auf der Frequenzskala bestimmt. Man findet im Allgemeinen einen Zusammenhang zwischen der Viskosität einer Flüssigkeit und der Bewegungsgsgeschwindigkeit der Dipole.
Üblicherweise lassen sich Mikrowellenspektren mit einer Überlagerung von Debyefunktionen (benannt nach Peter Debye) beschreiben, wobei jeder einzelnen Debyefunktion ein Bewegungsvorgang zugeordnet wird.