乙醇CCO弯曲振动模式的高分辨率远红外光谱研究及其星际分子探测应用

本研究利用加拿大光源中心的同步辐射傅里叶变换光谱仪，首次在-60°C条件下以0.0002 cm?1分辨率记录了乙醇CCO弯曲振动带（420 cm?1）的高分辨率远红外光谱，鉴定出500条跃迁线并构建含9000条谱线的图谱库。该工作为JWST和Spitzer望远镜探测星际介质（ISM）中乙醇分子提供了关键光谱数据库，同时为等离子体诊断和新型太赫兹光源开发奠定基础。

　　

在浩瀚宇宙中，乙醇（CH₃CH₂OH）作为复杂有机分子（COM）的重要成员，自Zuckerman团队首次在星际空间发现以来，一直是天体化学研究的焦点。近年来JWST望远镜在7.2-7.4 μm波段观测到原恒星NGC 1333 IRAS 2A周围的乙醇信号，引发关于其通过冰尘颗粒参与行星形成的热议。然而，现有光谱数据库的精度严重制约着星际乙醇的识别——特别是其21种振动模式中，除扭转振动外其他模式的高分辨率光谱长期缺失。更棘手的是，乙醇较大的转动惯量导致能级密集，振动-转动耦合效应显著，使得高分辨光谱解析成为国际公认的难题。

加拿大光源中心的Indranath Mukhopadhyay团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表突破性研究。他们利用同步辐射增强的傅里叶变换光谱仪（SR-FTS），在50-1200 cm^?1范围首次实现乙醇ν₁₃（CCO弯曲振动）的0.0002 cm^?1级分辨率测量。通过-60°C低温控制提升信噪比，采用Loomis-Wood图谱法系统解析了K=0-9、J≤35的转动态，发现K=1-4的非对称分裂现象，并建立含9000条谱线的精密图谱。这项研究不仅填补了乙醇振动光谱的空白，更为JWST等深空探测装备提供了"分子指纹"参照系。

关键技术包括：1）同步辐射光源增强的傅里叶变换光谱技术（SR-FTS）；2）-60°C低温样品控制；3）Loomis-Wood图谱解析法；4）基于组合差（combination differences）的能级验证技术。

【背景信息】
研究采用改进的内轴坐标系，重点分析trans构型（e₀）的振动-转动耦合。乙醇分子含-OH和-CH₃两个内转子，其大转动惯量导致谱线密度达常规分子的3倍，这是高分辨解析的主要挑战。

【振动跃迁强度】
通过Boltzmann因子和振子强度模型定量分析PQR分支强度分布，发现K=0时Q分支禁阻，而K≥1时Q分支强度与K²/[J(J+1)]成正比，这一规律为弱线识别提供理论依据。

【结论】
研究获得三项突破：1）首次测定ν₁₃振动态的精确项值和分子参数；2）发现trans构型独占光谱的异常现象，该特性与部分氘代甲醇中观测到的OCD弯曲带行为类似；3）建立的图谱库可直接应用于0.6-38 μm波段的天文观测数据解译。

这项工作的科学价值远超基础光谱学范畴：在应用层面，其高精度数据可优化等离子体诊断中乙醇作为FIR激光介质的性能；在星际化学领域，为理解COM通过冰相化学进入新生行星系统的机制提供关键证据。正如作者强调，这是继扭转振动后，乙醇其他振动模式的首次高分辨研究，为21种振动模式的系统解析开辟了新途径。