Том 36, номер 04, статья № 3

Аннотация:

Представлен обзор результатов, полученных в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН и за рубежом при изучении уширения и сдвигов центров линий поглощения молекулы воды одноатомными газами He, Ar, Kr и Xe. Экспериментальные исследования в Институте были проведены в диапазоне 3200–11200 см^-1 на Фурье-спектрометре Bruker IFS 125HR. Коэффициенты уширения γ и сдвига δ были измерены для линий 24 колебательных полос с максимальными значениями колебательных квантовых чисел v₁ = 3, v₂ = 6, v₃ = 3 и максимальными значениями вращательных квантовых чисел J = 14, K_a = 8. Вычисления проведены полуклассическим методом с использованием эффективных потенциалов, зависящих от колебательных состояний Н₂О. Выполнено сравнение экспериментальных и вычисленных значений γ и δ. С помощью аналитической модели γ(sur) проанализированы имеющиеся экспериментальные значения коэффициента уширения; в ряде случаев выявлена их несовместимость. Определены параметры модели γ(sur), которые позволяют сгенерировать коэффициенты уширения линий поглощения Н₂О атомами He, Ar, Kr и Xe в диапазоне 350–14000 см^-1.
 

Ключевые слова:

коэффициенты уширения и сдвига, молекула воды, одноатомный газ, потенциал межмолекулярного взаимодействия

Список литературы:

1. Dutta J.M., Jones C.R., Gotette T.M., De Lucia F.C. The hydrogen and helium pressure broadening of planetary temperature of the 183 and 380 GHz transitions of water vapor // Icarus. 1993. V. 102. P. 232–239.
2. Golubiatnikov G.Yu. Shifting and broadening parameters of the water vapor 183-GHz line (313–220) by H₂O, O₂, N₂, CO₂, H₂, He, Ne, Ar, and Kr at room temperature // J. Mol. Spectrosc. 2005. V. 230. P. 196–198.
3. Steyert D.W., Wang W.F., Sirota J.M., Donahue N.M., Reuter D.C. Hydrogen and helium pressure broadening of water transitions in the 380–600 cm^-1 region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 83. P. 83–91.
4. Claveau C., Henry A., Hurtmans D., Valentin A. Narrowing and broadening parameters of H₂O lines perturbed by He, Ne, Ar, Kr, and nitrogen in the spectral range 1850–2140 cm^-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2001. V. 68. P. 273–298.
5. Claveau C., Valentin A. Narrowing and broadening parameters for H₂O lines perturbed by helium, argon, and xenon in the 1170–1440 cm^-1 spectral range // Mol. Phys. 2009. V. 107. P. 1417–1722.
6. Petrova T.M., Solodov A.M., Starikov V.I., Solodov A.A. Vibrational dependence of an intrermolecular potential for H₂O–He system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 129. P. 241–253.
7. Solodov A.M., Starikov V.I. Helium-induced halfwidths and line shifts of water vapor transitions of the ν₁ + ν₂ and ν₂ + ν₃ bands // Mol. Phys. 2009. V. 107. P. 43–51.
8. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Starikov V.I. Broadening parameters of the H₂O–He collisional system for astrophysical applications // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 321. P. 50–58.
9. Solodov A.M., Starikov V.I. Broadening and shift of lines of the ν₂ + ν₃ band of water vapor induced by helium pressure // Opt. Spectrosc. 2008. V. 105. P. 14–20.
10. Zeninari V., Parvitte B., Courtois D., Lavrentieva N.N., Ponomarev Y.N., Durry G. Pressure broadening and shift coefficients of H₂O due to perturbation by N₂, O₂, H₂, and He in the 1.39 mm region: Experimental and calculations // Mol. Phys. 2004. V. 102. P. 1697–1706.
11. Petrova T.M., Solodov A.M., Starikov V.I., Solodov A.A. Measurements and calculations of He-broadening and -shifting parameters of the water vapor transitions of the ν₁ + ν₂ + ν₃ band // Mol. Phys. 2012. V. 110. P. 1493–1503.
12. Starikov V.I., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A, Deichuli V.M. Study of the H₂O dipole moment and polarisability vibrational dependence by the analysis of rovibrational line shifts // Spectrochim. Acta Part 1. 2019. V. 210. P. 275–280.
13. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Helium broadening parameters of water vapor in the 10.200–11.200 cm^-1 spectral region // J. Mol. Spectrosc. 2017. V. 331. P. 60–65.
14. Lucchesini A., Gozzini S., Gabbanini C. Water vapor overtones pressure line broadening and shifting measurements // Eur. Phys. J. D 8. 2000. P. 223–226.
15. Poddar P., Mitra S., Hossain M.M., Biswas D., Ghosh P.N., Ray B. Diode laser spectroscopy of He, N₂, and air broadened water vapour transitions belonging to the (2ν₁ + ν₂ + ν₃) overtone band // Mol. Phys. 2010. V. 108. P. 1957–1964.
16. Bauer A., Godon M., Kheddar M., Hartmann J.M. Temperature and perturber dependences of water vapor line-broadening. Experiments at 183 GHz; calculations below 1000 GHz // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1989. V. 41. P. 49–54.
17. Liebe H.J., Dillon T.A. Foreign-gas-broadening parameters of the 22-GHz H₂O line from refraction spectroscopy // J. Chem. Phys. 1969. V. 50. P. 727–732.
18. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of Ar-broadening parameters of water vapour transitions in a wide spectral region // Mol. Phys. 2017. V. 115. P. 1642–1656.
19. Paul J.Y., Schroeder J., Cich M.J., Giorgetta F.R., Swann W.C., Coddington I., Newbury N.R., Drouin B.J., Rieker G.B. Speed-dependent Voigt line shape parameter database from dual frequency comb measurements at temperatures up to 1305 K. Part II: Argon-broadened H₂O absorption, 6801–7188 cm^-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 217. P. 189–212.
20. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Starikov V.I. Measurements and calculations of Ar-broadening and -shifting parameters of the water vapor transitions of the ν₁ + ν₂ + ν₃ band // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 148. P. 116–126.
21. Grossmann B.E., Browell E.V. Water vapor line broadening and shifting by air, nitrogen, oxygen, and argon in the 720-nm wavelength region // J. Mol. Spectrosc. 1989. V. 138. P. 562–595.
22. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of Kr- broadening and shifting parameters of water vapour transitions in wide spectral region // J. Mol. Spectrosc. 2020. V. 371. P. 111301.
23. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of krypton broadening and shifting parameters of the ν₁ + ν₂ + ν₃ band of H₂O // J. Mol. Spectrosc. 2019. V. 365. P. 111209.
24. Lisak D., Rusciano G., Sasso A. An accurate comparison of line shape models on H₂O lines in the spectral region around 3 mm // J. Mol. Spectrosc. 2004. V. 227. P. 162–171.
25. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of Xe-broadening and shifting parameters of water vapour transitions in a wide spectral region // J. Mol. Spectr. 2020. V. 371. P. 111301.
26. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of xenon broadening and shifting parameters of the ν₁ + ν₂ + ν₃ band of H₂O // J. Mol. Spectrosc. 2021. V. 382. P. 111546.
27. Grossmann B.E., Browell E.V. Line shape asymmetry of water vapor absorption lines in the 720-nm wavelength region// J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1991. V. 45. P. 339–348.
28. Ponomarev Yu.N., Solodov A.A., Solodov A.M., Petrova T.M., Naumenko O.V. FTIR spectrometer with 30 m optical cell and its applications to the sensitive measurements of selective and nonselective absorption spectra // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2016. V. 177. P. 253–260.
29. Щербаков А.П. Применение методов теории распознавания образов для идентификации линий в колебательно-вращательных спектрах // Оптика атмосф. и океана. 1997. Т. 10, № 8. С. 947–958.
30. Ngo N.H., Lisak D., Tran H., Hartmann J.-M. An isolated line-shape model to go beyond the Voigt profile in spectroscopic databases and radiative transfer codes // J. Quant. Spectrosc. Rad. Transfer. 2013. V. 129. P. 89–100.
31. Tran H., Ngo N.H., Hartmann J.-M. Efficient computation of some speed-dependent isolated line profiles // J. Quant. Spectrosc. Rad. Transfer. 2013. V 129. P. 199–203.
32. Robert D., Bonamy J. Short range force effects in semiclassical molecular line broadening calculations // J. Phys. (Paris). 1979. V. 40. P. 923–943.
33. Стариков В.И., Лаврентьева Н.Н. Столкновительное уширение спектральных линий поглощения молекул атмосферных газов. Томск: Изд-во СО РАН, 2006. 306 с.
34. Buldyreva J., Lavrent’eva N.N., Starikov V.I. Collisional Line Broadening and Shifting of Atmosphyric Gase. A practical Guide for Line Shape Modeling by Current Semi-classical Approaches. London: Imperial College Press, 2010.
35. Bykov A.D., Lavrentieva N.N., Sinitsa L.N. Influence of trajectory model on the line shift in the visible region // Atmos. Oceanic. Opt. 1992. V. 5. P. 907–917.
36. Быков А.Д., Синица Л.Н., Стариков В.И. Экспериментальные и теоретические методы в спектроскопии водяного пара. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 376 с.
37. Starikov V.I. Vibration-rotation interaction potential for H₂O–A system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 155. P. 49–56.
38. Labani B., Bonamy J., Robert D., Hartmann J.-M., Taine J. Collisional broadening of rotation-vibration lines for asymmetric top molecules. I. Theoretical model for both distant and close collisions // J. Chem. Phys. 1986. V. 84. P. 4256–4267.
39. Starikov V.I., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M. Effective potentials for H₂O–He and H₂O–Ar systems. Part 1. Isotropic induction-dispersion potentials // Eur. Phys. J.D. 2017. V. 71. P. 108(1–8).
40. Hoy A.R., Mills I.M., Strey G. Anharmonic force constant calculations // Mol. Phys. 1972. V. 35. P. 1265–90.
41. Радцик А.А., Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физики. М.: Атомиздат, 1980. 240 с.
42. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular Theory of Gases and Liquids. New York: Wiley, 1967.
43. Bouanich J.P. Site-site Lennard-Jones potential parameters for N₂, O₂, H₂, CO, and CO₂ // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1992. V. 47. P. 243–250.
44. Mengel M., Jensen P. A theoretical study of the Stark effect in triatomic molecules: Application to H₂O // J. Mol. Spectrosc. 1995. V. 169. P. 73–91.
45. Luo Y., Agren H., Vahtras O., Jorgensen P., Spirko V., Hettema H. Frequency-dependent polarizabilities and first hyperpolarizabilities of H₂O // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 7159–7164.
46. Стариков В.И. Уширение спектральных линий водяного пара давлением неона, криптона и ксенона // Опт. и спектроскоп. 2017. Т. 123. С. 10–20.
47. Starikov V.I. Analytical representation of half-width for molecular ro-vibrational lines in the case of dipole-dipole and dipole-quadrupole interactions // Mol. Phys. 2009. V. 107. P. 2277–2236.
48. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of Air-broadening and shifting parameters of water vapour transitions in a wide spectral region // J. Mol. Phys. 2021. V. 119. P. e1906967.
49. Starikov V.I., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M. Analysis of the He-, Ar-, and Kr- broadening coefficients of water vapor transitions in a wide spectral region // Spectrochim. Acta, Part A: 2021. V. 245. P. 118883.