1 引言
本文献综述主要在于对氮核子的四极耦合光谱研究这一课题作出初步的粗略讨论，包括微波光谱研究的理论基础、微波光谱技术的背景与发展历史、微波光谱仪的设计原理、含氮有机化合物的微波光谱测量方法以及如何对含氮有机化合物的微波光谱进行基于量子力学的光谱分析。
本毕业设计课题的目的就是利用实验室先进的微波器件来测量和研究含氮有机化合物分子中氮核子的电荷分布对分子转动光谱产生的电性(electric)超精细分裂。
2 微波光谱技术及微波光谱仪
2.1 微波光谱的基础理论
按照量子力学理论，原子核的电荷分布可能会促成原子和分子光谱产生超精细分裂。这种分裂一般可进一步细分为电性的(electric)和磁性的(magnetic)。譬如当前通用的核磁共振技术，就是利用1H核子（或其他如13C等元素的核子）与外磁场的磁性作用产生能级差落在射频波段的分裂，使用适当的射频技术即可检测。而本课题实验选用微波段的分子转动光谱，所用微波光谱仪由研究组自行研制，工作原理为：微波发生器产生微波脉冲，经过放大和混频之后激发真空腔中的气体样品；被激发的分子发射信号被导出放大，与微波信号混频，并通过示波器显示。
作为光谱学的分支，转动光谱学是以量子力学为基础，研究分子、自由基，以及离子的转动光谱的基础与应用科学［1～5］。由于绝大多数分子的纯转动能级跃迁落在微波至亚毫米波段，所需能量远低于分子振动能级以及电子能级的跃迁，这赋予了此波段工作的光谱仪较红外、可见波段仪器更高的分辨率。基于转动光谱学的同位素取代技术导出的分子结构的精准性是目前其它各种技术难以企及的(包括质谱与核磁) ［3，4］。转动光谱仪还能突破诸如圆二色光谱仪等传统仪器的灵敏度极限，检测手性化合物［6，7］。
2.2 微波光谱技术的背景与发展历史
1934年 , Cleeton等 [ 8]利用微波技术探索气相氨分子的谱线,标志着微波光谱学的开端。最初,微波光谱技术主要以研究分子结构为主, 如分子偶极矩 、键长 、键角、核电四极矩精细结构和磁超精细结构的 分析等 [ 8, 9] ,主要研究对象为气体物质或具有低蒸气压 (lt;0.1Pa)的固体和液体物质 。商品化微波光谱仪是在 20世纪 60年代初开发的 [ 9] 。但是 ,由于仪器造价高 、适用范围窄和相关技术不成熟等原因, 在20世纪70年代后,商品化微波光谱仪逐步退出了市场 ,该领域的研究热度也随之降低。1979年 , Balle和 Flygare [ 10] 重新设计了微波光谱仪 ,开发了脉冲喷嘴傅立叶变换微波光谱仪(PNFTMW),提高了微波光谱仪的适用性、灵敏度和分辨率, 可以分析有机分子的立体结构, 研究弱键相互作用体系、自由基、反应中间体以及一些在星际空间存在的异型分子等。对有较高蒸气压的固体和液体物质的研究,专门设计了加热 [ 11] 、直流放电 [ 12] 、激光技术 [ 13, 14] 促进汽化的系列方法, 并且以此研究了金属化合物与惰性气体弱相互作用 [ 15] , 以及部分生物分子间的弱相互作用等 [ 16, 17] 。自1979年以来,为进一步提高微波光谱仪的分辨率、灵敏度以及应用范围,美国、欧洲、日本等许多实验室在PNFTMW型仪器的基础上改进微波光谱仪,推动了微波光谱仪的进展, 相继出现了二次共振[21]、同轴分子束共振排列(COBRA)[22]、快速扫描[23]、线性脉冲等新技术[24]。频率不断向高频和低频扩展 ,研究对象和应用领域不断扩大。到目前为止,微波光谱仪仍然主要作为一种研究工具, 没有商品化仪器。但是,部分分析化学研究者开始关注该领域,尝试将其设计为一种分析工具,开发商品化分析仪器。宽带微波光谱仪由美国弗吉尼亚大学的Pate教授团队于2006年研发成功，单次扫描频宽可达窄带微波光谱仪的万倍以上，但分辨率和灵敏度低于窄带微波光谱仪。美国、加拿大、德国、意大利 、日本、印度等十余个国家均在从事该领域研究。微波光谱研究涉及了星际物质的形成、生命的起源等 ,在军事上和太空探索也具有重要意义。
2.3 微波光谱仪的设计原理
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