9-芴酮是一种典型的含氧多环芳烃, 是多环芳烃含羰基官能团的衍生物。 含氧多环芳烃可以通过母体的直接光解或氧化而形成。 9-芴酮是一种廉价、 无毒的光催化剂, 并且, 通过时间分辨红外光谱和共振拉曼光谱可以将具有芳香羰基的9-芴酮作为研究光化学过程的原型分子。 此外, 由于9-芴酮是具有良好偶极矩的含氧多环芳烃, 它有望作为射电天文学研究的重要目标, 可以为确认深空多环芳烃的存在和揭示星际介质化学的内涵提供新的有效途径。 目前, 9-芴酮的纯转动光谱已逐渐在毫米波和微波范围内捕获。 本次工作的目标是扩大9-芴酮在微波C波段(4～8 GHz)的实验室观测范围, 进一步支持该分子和其他多环芳烃的天体物理研究。 具体而言, 在微波C波段, 利用具有加热电磁阀气体脉冲喷嘴的宽带啁啾脉冲傅里叶变换微波光谱仪(cp-FTMW)对潜在的天体物理分子(9-芴酮)进行了研究。 精确测量并归属了9-芴酮的27个全新的b类型纯转动跃迁。 将实验数据与微波数据结合进行拟合, 得到了9-芴酮的精确转动常数: A=1 445.884 739 29(10)MHz, B=584.871 673 6(71)MHz, C=416.550 607 8(81)MHz。 将测定的9-芴酮的光谱数据与各种理论计算和较高微波频率的实验结果进行了比较, 此次结合拟合的转动常数的精度有了明显提高。 可见, 结合新测量数据与现有的微波区转动数据进行全局拟合分析, 不仅有利于对基态结构的准确表征, 也为此类分子的计算研究提供了基础。 9-芴酮在振动基态下的新的转动跃迁的准确观测, 也为在深空寻找多环芳烃分子提供了更多的光谱数据, 将促进天体物理领域对多环芳烃的更广泛探索。 这项工作也证明了cp-FTMW谱仪利用加热喷嘴检测超音速喷射膨胀中非挥发分子的能力。

傅里叶变换微波光谱仪是测量分子转动跃迁的主要工具, 是研究分子转动光谱学的重要仪器。 以量子力学为基础的转动光谱学对物质分子的结构分析以及破解射电望远镜所捕获的深空分子信号至关重要, 这使得微波光谱仪在相关领域能发挥不可或缺的作用。 目前, 世界各国都在致力于研制和改进微波光谱仪以提高仪器的分辨率、 灵敏度、 以及应用范围, 我国也正在该类仪器研制上进行积极的探索, 期望为该领域做出应有的贡献。 介绍了一种工作频段在1～18 GHz的宽带啁啾脉冲式傅里叶变换微波光谱仪的设计和研制。 该光谱仪用于线性频率扫描的宽带啁啾脉冲信号由采样速率为1.25 GS·s-1的任意波形发生器产生。 宽带啁啾脉冲信号经混频和放大后可覆盖特定的频率范围, 随即通过喇叭天线传播到样品真空室与超音速膨胀的气相样品分子束相互作用。 样品分子被激发后发出的分子自由感应衰减信号由接收电路导出并放大, 然后直接在高速数字示波器上数字化。 该微波光谱仪的诸多电子器件均由计算机控制, 利用开发的LabVIEW程序可实现仪器的自动化控制。 应用气体喷嘴技术能有效降低待测样品气体束在检测室的转动温度, 使仪器获得更好的检测灵敏度。 应用多脉冲自由感应衰减技术能大幅度提高信号采样频率从而进一步提高仪器灵敏度。 利用实验室研制的啁啾脉冲式傅里叶变换微波光谱仪对盐酸和叔丁醇的化学反应进行了监测, 并成功检测到了该反应的产物叔丁基氯。 通过测量天然丰度下反应产物叔丁基氯及其单取代37Cl同位素异数体的分子转动光谱数据, 并利用光谱分析软件拟合这些数据后得到了叔丁基氯精准的光谱参数（转动常数, 离心畸变常数, 核四极耦合常数等）和分子结构信息。 将以上参数和结构信息与高斯计算结果对比后证实了本实验宽带光谱仪检测到的光谱数据具有高精准度。 通过对比前人所测的光谱数据进一步展示了该实验宽带光谱仪在低频范围内杰出的测试性能。