Том 35, номер 12, статья № 1

Аннотация:

Обсуждаются результаты высокочувствительной регистрации спектра поглощения молекулы озона для системы полос Вульфа в ближнем инфракрасном диапазоне 9350–10000 см^-1, соответствующих переходам с основного на возбужденное триплетное электронное состояние. Впервые спектр в этом диапазоне выше основного порога диссоциации молекулы зарегистрирован методом лазерной спектроскопии внутрирезонаторного затухания с непрерывными узкополосными лазерами (cw-CRDS), обеспечивающими высокую чувствительность по коэффициенту поглощения порядка 1 × 10^-10 см^-1. Описаны методика измерений, схема генерации и контроля концентрации озона. Проведено сравнение с рассчитанными ранее теоретическими спектрами синглет-триплетных полос ³A₂(000) ← X¹A₁(000), ³A₂(010) ← X¹A₁(000) и ³A₂(010) ← X¹A₁(010).

Ключевые слова:

спектр поглощения, переходы в триплетное электронное состояние, система полос Вульфа, лазерная спектроскопия внутрирезонаторного затухания

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Barnes P.W., Williamson C.E., Lucas R.M., Robinson S.A., Madronich S., Paul N.D., Bornman J.F., Bais A.F., Sulzberger B., Wilson S.R., Andrady A.L., McKenzie R.L., Neale P.J., Austin A.T., Bernhard G.H., Solomon K.R., Neale R.E., Young P.J., Norval M., Rhodes L.E., Hylander S., Rose K.C., Longstreth J., Aucamp P.J., Ballaré C.L., Cory R.M., Flint S.D., de Gruijl F.R., Häder D.P., Heikkilä A.M., Jansen M.A.K., Pandey K.K., Robson T.M., Sinclair C.A., Wängberg S.Å., Worrest R.C., Yazar S., Young A.R., Zepp R.G. Ozone depletion, ultraviolet radiation, climate change and prospects for a sustainable future // Fac. Sci. Med. Heal. Part B 2019. V. 2, N 7. P. 1. DOI: 10.1038/s41893-019-0314-2.
2. Rawlins W.T., Caledonia G.E., Armstrong R.A. Dynamics of vibrationally excited ozone formed by three‐body recombination. II. Kinetics and mechanism // J. Chem. Phys. 1998. V. 87, N 9. P. 5209. DOI: 10.1063/1. 453689.
3. Luther K., Oum K., Troe J. The role of the radical-complex mechanism in the ozone recombination/dis­sociation reaction // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7, N 14. P. 2764–2770. DOI: 10.1039/B504178C.
4. Mirahmadi M., Pérez-Ríos J., Egorov O., Tyuterev V., Kokoouline V. Ozone formation in ternary collisions: Theory and experiment reconciled // Phys. Rev. Lett. 2022. V. 128, N 10. P. 108501. DOI: 10.1103/PHYSREVLETT.128.108501/FIGURES/5/MEDIUM.
5. Barbe A., Mikhailenko S., Starikova E., Tyuterev V. High resolution infrared spectroscopy in support of ozone atmospheric monitoring and validation of the potential energy function // Molecul. 2022. V. 27, N 3. P. 911. DOI: 10.3390/MOLECULES27030911.
6. Wenz H., Demtröder W., Flaud J.M. Highly Sensitive Absorption Spectroscopy of the Ozone Molecule around 1.5 mm // J. Mol. Spectrosc. 2001. V. 209, N 2. P. 267–277. DOI: 10.1006/JMSP.2001.8430.
7. Romanini D., Kachanov A.A., Sadeghi N., Stoeckel F. CW cavity ring down spectroscopy // Chem. Phys. Lett. 1997. V. 264. P. 316–322. DOI: 10.1016/S0009-2614(96)01351-6.
8. Kassi S., Campargue A. Cavity ring down spectroscopy with 5 × 10⁻¹³ cm⁻¹ sensitivity // J. Chem. Phys. 2012. V. 137, N 23. P. 234201. DOI: 10.1063/1.4769974.
9. Long D.A., Fleisher A.J., Wójtewicz S., Hodges J.T. Quantum-noise-limited cavity ring-down spectroscopy // Appl. Phys. B: Lasers Opt. 2014. V. 115, N 2. P. 149–153. DOI: 10.1007/S00340-014-5808-Z/FIGURES/4.
10. Campargue A., Barbe A., De Backer-Barilly M.R., Tyuterev V.G., Kassi S. The near infrared spectrum of ozone by CW-cavity ring down spectroscopy between 5850 and 7000 cm^-1: New observations and exhaustive review // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10, N 20. P. 2925–2946. DOI: 10.1039/b719773j.
11. Mondelain D., Campargue A., Kassi S., Barbe A., Starikova E., De Backer M.R., Tyuterev V.G. The CW-CRDS spectra of the ¹⁶O/¹⁸O isotopologues of ozone between 5930 and 6340 cm^-1. Part 1: ¹⁶O¹⁶O¹⁸O // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 116. P. 49–66. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2012.10.023.
12. Campargue A., Kassi S., Mondelain D., Barbe A., Starikova E., De Backer M.R., Tyuterev V.G. Detection and analysis of three highly excited vibrational bands of ¹⁶O₃ by CW-CRDS near the dissociation threshold // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 152. P. 84–93. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2014. 10.019.
13. Vasilchenko S., Barbe A., Starikova E., Kassi S., Mondelain D., Campargue A., Tyuterev V. Detection and assignment of ozone bands near 95% of the dissociation threshold: Ultrasensitive experiments for probing potential energy function and vibrational dynamics // Phys. Rev. A 2020. V. 102, N 5. P. 052804. DOI: 10.1103/PhysRevA.102.052804.
14. Vasilchenko S., Barbe A., Starikova E., Kassi S., Mondelain D., Campargue A., Tyuterev V. Cavity-ring-down spectroscopy of the heavy ozone isotopologue ¹⁸O₃: Analysis of a high energy band near 95% of the dissociation threshold // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 278. P. 108017. DOI: 10.1016/J. JQSRT. 2021.108017.
15. Rusic B. Unpublished results obtained from active thermochemical tables (ATcT) based on the Core (Argonne). 2010 Thermochemical Network version 1.110. URL: https://atct.anl.gov/ (last access: 6.09.2022).
16. Holka F., Szalay P.G., Müller T., Tyuterev V.G. Toward an improved ground state potential energy surface of ozone // J. Phys. Chem. A 2010. V. 114, N 36. P. 9927–9935. DOI: 10.1021/jp104182q.
17. Tyuterev V.G., Kochanov R.V., Tashkun S.A., Holka F., Szalay P.G. New analytical model for the ozone electronic ground state potential surface and accurate ab initio vibrational predictions at high energy range // J. Chem. Phys. 2013. V. 139, N 13. P. 134307. DOI: 10.1063/1.4821638.
18. Dawes R., Lolur P., Li A., Jiang B., Guo H. Communication: An accurate global potential energy surface for the ground electronic state of ozone // J. Chem. Phys. 2013. V. 139, N 20. P. 201103. DOI: 10.1063/ 1.4837175.
19. Kokoouline V., Lapierre D., Alijah A., Tyuterev V. Localized and delocalized bound states of the main isotopologue ⁴⁸O₃ and of ¹⁸O-enriched ⁵⁰O₃ isotopomers of the ozone molecule near the dissociation threshold // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22, N 28. P. 15885–15899. DOI: 10.1039/D0CP02177F.
20. Wulf O.R., Deming L.S. The effect of visible solar radiation on the calculated distribution of atmospheric ozone // Terr. Magn. Atmos. Electr. 1936. V. 41, N 4. P. 375–378. DOI: 10.1029/TE041I004P00375.
21. Wulf O.R., Deming L.S. The distribution of atmospheric ozone in equilibrium with solar radiation and the rate of maintenance of the distribution // Terr. Magn. Atmos. Electr. 1937. V. 42, N 2. P. 195–202. DOI: 10.1029/TE042I002P00195.
22. Anderson S.M., Mauersberger K. Ozone absorption spectroscopy in search of low-lying electronic states // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N D2. P. 3033. DOI: 10.1029/94JD03003.
23. Günther J., Anderson S.M., Hilpert G., Mauersberger K. Rotational structure in the absorption spectra of ¹⁸O₃ and ¹⁶O₃ near 1 μm: A comparative study of the ³A₂ and 3B2 states // J. Chem. Phys. 1998. V. 108. N 13. P. 5449. DOI: 10.1063/1.475933.
24. Deppe S.F., Wachsmuth U., Abel B., Bittererová M., Grebenshchikov S.Y., Siebert R., Schinke R. Resonance spectrum and dissociation dynamics of ozone in the 3B2 electronically excited state: Experiment and theory // J. Chem. Phys. 2004. V. 121, N 11. P. 5191. DOI: 10.1063/1.1778381.
25. Xie D., Guo H., Peterson K.A. Ab initio characterization of low-lying triplet state potential-energy surfaces and vibrational frequencies in the Wulf band of ozone // J. Chem. Phys. 2001. V. 115, N 22. P. 10404–10408. DOI: 10.1063/1.1417502.
26. Grebenshchikov S.Y., Qu Z.W., Zhu H., Schinke R. Spin-orbit mechanism of predissociation in the Wulf band of ozone // J. Chem. Phys. 2006. V. 125, N 2. P. 021102. DOI: 10.1063/1.2219444. .
27. Grebenshchikov S.Y., Qu Z.W., Zhu H., Schinke R. New theoretical investigations of the photodissociation of ozone in the Hartley, Huggins, Chappuis, and Wulf bands // Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9, N 17. P. 2044–2064. DOI: 10.1039/b701020f.
28. Lapierre D., Alijah A., Kochanov R., Kokoouline V., Tyuterev V. Lifetimes and wave functions of ozone metastable vibrational states near the dissociation limit in a full-symmetry approach // Phys. Rev. A. 2016. V. 94, N 4. P. 042514. DOI: 10.1103/PhysRevA.94.­042514.
29. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.M., Horneman V.M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Y., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky O.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander Auwera J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2022. V. 277. P. 107949. DOI: 10.1016/J.JQSRT.2021.107949.
30. Delahaye T., Armante R., Scott N.A., Jacquinet-Husson N., Chédin A., Crépeau L., Crevoisier C., Douet V., Perrin A., Barbe A., Boudon V., Campargue A., Coudert L.H., Ebert V., Flaud J.M., Gamache R.R., Jacquemart D., Jolly A., Kwabia Tchana F., Kyuberis A., Li G., Lyulin O.M., Manceron L., Mikhailenko S., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A., Perevalov V.I., Richard C., Starikova E., Tashkun S.A., Tyuterev V.G., Vander Auwera J., Vispoel B., Yachmenev A., Yurchenko S. The 2020 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Mol. Spectrosc. 2021. V. 380. P. 111510. DOI: 10.1016/J.JMS.2021.111510.
31. Barbe A., Mikhailenko S., Starikova E., Tyuterev V. Infrared spectra of ¹⁶O₃ in the 900–5600 cm^-1 range revisited: Empirical corrections to the S&MPO and HITRAN2020 line lists // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2021. V. 276. P. 107936. DOI: 10.1016/J. JQSRT.2021.107936.
32. Albert D., Antony B.K.K., Ba Y.A., Babikov Y.L., Bollard P., Boudon V., Delahaye F., Del Zanna G., Dimitrijević M.S., Drouin B.J., Dubernet M.-L.L., Duensing F., Emoto M., Endres C.P.P., Fazliev A.Z., Glorian J.-M.M., Gordon I.E., Gratier P., Hill C., Jevremović D., Joblin C., Kwon D.-H.H., Kochanov R.V., Krishnakumar E., Leto G., Loboda P.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Marinković B.P., Markwick A., Marquart T., Mason N.J., Mendoza C., Millar T.J., Moreau N., Morozov S. V., Möller T., Müller H.S.P.P., Mulas G., Murakami I., Pakhomov Y., Palmeri P., Penguen J., Perevalov V.I., Piskunov N., Postler J., Privezentsev A.I., Quinet P., Ralchenko Y., Rhee Y.-J.J., Richard C., Rixon G., Rothman L.S., Roueff E., Ryabchikova T., Sahal-Bréchot S., Scheier P., Schilke P., Schlemmer S., Smith K.W., Schmitt B., Skobelev I.Y., Srecković V.A., Stempels E., Tashkun S.A., Tennyson J., Tyuterev V.G., Vastel C., Vujčić V., Wakelam V., Walton N.A., Zeippen C., Zwölf C.M. A Decade with VAMDC: Results and Ambitions // Atoms. 2020. V. 8, N 4. P. 76.
33. Anderson S.M., Morton J., Mauersberger K. Near-infrared absorption spectra of ¹⁶O₃ and ¹⁸O₃: Adiabatic energy of the 1A2 state? // J. Chem. Phys. 1990. V. 93, N 6. P. 3826. DOI: 10.1063/1.458767.
34. Anderson S.M., Hupalo P., Mauersberger K. Rotational structure in the near-infrared absorption spectrum of ozone // J. Chem. Phys. 1993. V. 99, N 1. P. 737. DOI: 10.1063/1.465747.
35. Banichevich A., Peyerimhoff S.D., Grein F. Potential energy surfaces of ozone in its ground state and in the lowest-lying eight excited states // Chem. Phys. 1993. V. 178, N 1–3. P. 155–188. DOI: 10.1016/0301-0104 (93)85059-H.
36. Braunstein M., Pack R.T. Simple theory of diffuse structure in continuous ultraviolet spectra of polyatomic molecules. III. Application to the Wulf–Chappuis band system of ozone // J. Chem. Phys. 1992. V. 96, N 9. P. 6378. DOI: 10.1063/1.462632.
37. Minaev B., Ågren H. The interpretation of the Wulf absorption band of ozone // Chem. Phys. Lett. 1994. V. 217, N 5–6. P. 531–538. DOI: 10.1016/0009-2614 (93)E1445-M.
38. Bouvier A.J., Inard D., Veyret V., Bussery B., Bacis R., Churassy S., Brion J., Malicet J., Judge R.H. Contribution to the analysis of the 3A2 ← X¹A₁ “Wulf” transition of ozone by high-resolution fourier transform spectrometry // J. Mol. Spectrosc. 1998. V. 190, N 2. P. 189–197. DOI: 10.1006/jmsp.1998.7578.
39. Bouvier A.J., Veyret V., Russier I., Inard D., Churassy S., Bacis R., Brion J., Malicet J., Judge R.H. Comparative rotational analysis of the 000 bands of the ³A₂←X¹A¹ Wulf transition for the isotopomers ¹⁶O₃ and ¹⁸O₃ of ozone by high resolution Fourier transform spectrometry // Spectrochim. Acta – Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 1999. V. 55, N 14. P. 2811–2821. DOI: 10.1016/S1386-1425(99)00096-7.
40. Bouvier A.J., Wannous G., Churassy S., Bacis R., Brion J., Malicet J., Judge R.H. Spectroscopy and predissociation of the ³A₂ electronic state of ozone ¹⁶O₃ and ¹⁸O₃ by high resolution Fourier transform spectrometry // Spectrochim. Acta – Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 2001. V. 57, N 3. P. 561–579. DOI: 10.1016 /S1386-1425(00)00409-1.
41. Inard D., Bouvie A.J., Baci R., Churass S., Boh F., Brio J., Malice J., Jaco M. Absorption cross-sections and lifetime of the ³A₂ “metastable” state of ozone // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 287, N 5–6. P. 515–524. DOI: 10.1016/S0009-2614(98)00200-0.
42. Wachsmut U., Abel B. Linewidths and line intensity measurements in the weak ³A₂(000) ← X̃¹A₁(000) band of ozone by pulsed cavity ringdown spectroscopy // J. Geophys. Res. D: Atmos. 2003. V. 108, N 15. P. 4473. DOI: 10.1029/2002jd003126.
43. Vasilchenko S., Mondelain D., Kassi S., Campargue A. Predissociation and pressure dependence in the low frequency far wing of the Wulf absorption band of ozone near 1.2 mm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. P. 107678. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021. 107678.
44. Egorov O., Valiev R.R., Kurten T., Tyuterev V. Franck–Condon factors and vibronic patterns of singlet-triplet transitions of ¹⁶O₃ molecule falling near the dissociation threshold and above // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 273. P. 107834. DOI: 10.1016/J.JQSRT.2021.107834.
45. Vasilchenko S., Mikhailenko S.N., Campargue A. Water vapor absorption in the region of the oxygen A-band near 760 nm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 275. P. 107847. DOI: 10.1016/J.JQSRT.2021. 107847.
46. Konefał M., Kassi S., Mondelain D., Campargue A. High sensitivity spectroscopy of the O₂ band at 1.27 mm: (I) Pure O₂ line parameters above 7920 cm^-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 241. P. 106653. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.106653.
47. Campargue A., Mikhailenko S.N., Lohan B.G., Karlovets E.V., Mondelain D., Kassi S. The absorption spectrum of water vapor in the 1.25 mm atmospheric window (7911–8337 cm^-1) // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 157. P. 135–152. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2015.02.011.
48. Kassi S., Campargue A., Mondelain D., Tran H. High pressure cavity ring down spectroscopy: Application to the absorption continuum of CO₂ near 1.7 mm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 167. P. 97–104. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2015.08.014.
49. Tran D.D., Tran H., Vasilchenko S., Kassi S., Campargue A., Mondelain D. High sensitivity spectroscopy of the O₂ band at 1.27 mm: (II) air-broadened line profile parameters // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 240. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.106673.
50. Griggs M. Absorption coefficients of ozone in the ultraviolet and visible regions // J. Chem. Phys. 1968. V. 49, N 2. P. 857–859. DOI: 10.1063/1.1670152.
51. Tyuterev V.G., Kochanov R.V., Tashkun S.A. Accurate ab initio dipole moment surfaces of ozone: First principle intensity predictions for rotationally resolved spectra in a large range of overtone and combination bands // J. Chem. Phys. 2017. V. 146. P. 064304-1–27. DOI: 10.1063/1.4973977.
52. Егоров О.В. Диабатические поверхности потенциальной энергии взаимодействующих триплетных состояний 3A2 и 3B1 молекулы озона // Оптика атмосф. и океана. 2023 (в печати).
53. Mondelain D., Jost R., Kassi S., Judge R.H., Tyuterev V., Campargue A. Predissociation and spectroscopy of the 3A 2(000) state of ¹⁸O₃ from CRDS spectra of the 3A 2(000)←X 1A 1(110) hot band near 7900cm^-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113. N 11. P. 840–849. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2012. 01.015.