三硼酸钾的合成、表征及其振动光谱的研究

借助自行设计的沸腾反应器,采用碳酸钾和硼酸通过控制适宜的原料配比、反应温度和脱水温度合成出三硼酸钾。通过化学分析确定合成物分子式为一水三硼酸钾(KB₃O₅·H₂O),通过粉末X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和热重分析(TG)等手段对其进行了表征,由粉末X射线衍射光谱分析确定合成物物质形态为无定形态,由傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱分析确定合成物分子中存在三配位硼氧键B₍₃₎—O、四配位硼氧键B₍₄₎—O、羟基及三硼酸根离子,由热重分析确定合成物分子中存在能够失去一分子水的基团,并推出合成物三硼酸钾的结构式为K[B₃O₄(OH)₂]。研究了合成物的振动光谱,包括红外光谱和拉曼光谱,考察了其中硼原子的主要存在形式三配位硼氧键B₍₃₎—O和四配位硼氧键B₍₄₎—O以及其他基团的振动情况,对振动频率进行了归属。     

氯柱硼镁石在硼酸溶液中溶解转化的Raman光谱

利用Raman光谱对氯柱硼镁石在30 ℃时,4.5%的硼酸水溶液中溶解相转化过程进行了研究。研究结果表明相转化产物为库水硼镁石(2MgO·3B₂O₃·15H₂O)。根据Raman光谱位移对溶液中各种聚硼酸根B(OH)-₄,B₂O(OH)2-₆,B₃O₃(OH)-₄等阴离子的Raman峰进行了归属以及它们间的相互作用分别进行了讨论分析。提出了溶液中硼氧配阴离子的存在形式及其相互作用机理和我国青藏高原盐湖区库水硼镁石形成的地球化学成盐条件和机理。     

无水五硼酸钾晶体高温性质振动光谱的研究

利用自行设计的反应器研究了高温条件下水蒸汽对无水五硼酸钾晶体结构的影响,借助于X射线衍射、红外光谱、Raman光谱等手段分析了无水五硼酸钾晶体高温性质的振动光谱。在水蒸汽的作用下,五硼酸钾的B₂O₃/K₂O(摩尔比)变小,X射线衍射分析表明750 ℃时晶体中有K₅B₁₉O_<sub>31存在,而红外光谱与Raman光谱分析表明由于水蒸汽的作用使得晶体中的三角形B₍₃₎—O结构单元向四面体B₍₄₎—O结构单元转变,四面体的B₍₄₎—O含量增加并且硼氧网络结构被进一步打断。     

水溶液中硫酸根离子的拉曼光谱定量分析

拉曼光谱因其具有无损、非接触以及原位的技术优势被广泛应用于科学研究领域。但是,当前拉曼光谱主要应用于定性研究,即根据拉曼波数偏移进行物质分子的鉴别,相比之下,拉曼光谱定量分析则明显不足。因此,有必要进一步开展拉曼光谱定量方面的研究。根据拉曼光谱原理分析可知,拉曼光谱定量研究应当根据相对强度比进行,也就是在定量化过程中需要选择一个参考系,可以分为内标法和外标法。拉曼光谱定量可以根据被测分子与该参考系的拉曼强度比值进行,通过这个方法可以消除测试条件的影响。对水溶液而言,可将液态水的OH伸缩振动作为内标,进行拉曼光谱定量分析。本文研究了Na₂SO₄-H₂O,K₂SO₄-H₂O以及NaCl-Na₂SO₄-H₂O体系的拉曼光谱特征。通过将水分子的OH伸缩振动（2 750~3 900 cm-1附近）拟合为两个高斯谱峰,并以I_SO2-4/I_W为参数来确定溶液中的硫酸根离子浓度,其中I_SO2-4为硫酸根离子的特征峰强度,I_W为水的两个高斯谱峰强度之和。实验结果表明,水溶液中SO2-₄浓度与拉曼强度比I_SO2-4/I_W之间有较好的线性关系,其中,R2=0.997 73,符合定量要求。据此,本文应用拉曼光谱定量分析,建立了一种相对快速、准确测量水溶液中SO2-₄浓度的方法。     

非理想化学计量比氧化铀的拉曼和红外光谱

测量了七种非理想化学计量比的UO₂+x(0＜x＜0.66)及UO₂和U₃O₇等理想化学计量比氧化铀的拉曼和红外光谱,并进行了对比分析,其中U₃O₇和U₃O₈之间UO₂+x的分子振动光谱为首次报道。拉曼光谱结果显示,随着UO₂+x中x值的增加,UO₂特征峰中的578和1 150 cm-1峰强度快速减弱,当x=0.19时,这两峰基本消失,可视为准完美萤石晶体结构UO₂的标志。445 cm-1峰强度在减弱的同时变宽并偏移,当x=0.32时,该峰已偏移至459 cm-1处,同时在～630 cm-1出现一弱肩峰,这与四方相U₃O₇的特征峰一致。当x≥0.39时,459 cm-1峰发生分裂,在235和754 cm-1处出现新峰并增强,其特征逐渐与正交相的α-U₃O₈接近。但直至x=0.60时,与α-U₃O₈相比其333,397,483和805 cm-1峰仍不突出。红外光谱结果显示,随着UO₂+x中x值的增加,UO₂位于400～570 cm-1区间的强吸收特征谱带逐渐分裂为～421和～515 cm-1两峰并增强,同时UO₂在～700 cm-1的弱吸收峰逐渐消失,～645 cm-1处的肩峰逐渐显现,出现的这三个峰正是U₃O₇的特征红外吸收峰。当x≥0.39时,在744 cm-1出现一强吸收峰并增强,该峰是α-U₃O₈的最强特征峰。但即使x=0.60时,～645 cm-1峰仍然存在,同时～515 cm-1峰也未明显分裂成485和535 cm-1峰,这表明UO_2.60仍处于四方相和正交相的过渡阶段。上述结果表明,随着x值的增加,UO₂+x的晶体结构发生变化,每次变化均在拉曼和红外光谱中得到体现。通过对比各特征峰相对强度和位置的变化情况,可很好区分和表征不同的氧化铀。     

水滑石阻燃剂热相变行为及其热力学分析

水滑石(LDH)具有阻燃、消烟、填充和热稳定性等功能,是无机阻燃剂的新品种,以尿素为沉淀剂制备Mg/Al摩尔比为4的镁铝水滑石(MgAl-LDH)阻燃剂。通过X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和热重-差示扫描量热法(TG-DSC)等表征手段,以及结合去卷积及曲线拟合分析,研究了MgAl-LDH阻燃剂的热分解行为,探求其热相变规律,特别是热解相变过程中层板羟基(—OH)的存在形式和层间碳酸根(CO2-₃)的配位变化,并从热力学角度对其热分解过程进行了分析讨论。XRD表征发现,随着温度的升高,LDH阻燃剂主体层板结构发生晶相转变,500 ℃时层间CO2-₃基本脱除生成镁铝双金属混合氧化物(Mg—Al—O),600 ℃有杂相MgAl₂O₄尖晶石晶相生成。基于FT-IR和TG-DSC表征和曲线拟合分析,发现LDH阻燃剂主体层板—OH存在[Al—OH—Al],[Al—OH—Mg]和[Mg—OH—Mg]三种形式,各结构单元中的—OH析出难易程度有所不同,[Mg—OH—Mg]最难析出,[Al—OH—Mg]次之,而[Al—OH—Al]较易;层间CO2-₃亦有三种配位方式,即桥联配位、单齿配位和双齿配位。从热力学角度对MgAl-LDH阻燃剂的热力学性质进行了估算,得到了Mg₈Al₂(OH)₂₀CO₃晶体的吉布斯自由能(Δ_rGθ_T)随温度变化的明确表达式。当温度(T)高于228.65 ℃时,吉布斯自由能(Δ_rGθ_T)小于零,MgAl-LDH发生分解,层板中—OH析出过程是自发进行的。该结果与TG-DSC实验结果接近,表明热力学估算所得吉布斯自由能(Δ_rGθ_T)与温度(T)的关系是可靠的。     

常温高压下碳酸根离子的拉曼谱峰标定压力初探

在准静水压的条件下,利用碳化硅压腔和显微拉曼光谱原位测量技术,在0～1.7 GPa压力范围测定22 ℃高压下三种不同的H₂O-Na₂CO₃体系(1.5,2.0,2.5 mol·L-1)中CO2-₃的对称伸缩振动ν_{1 066}拉曼谱峰的变化。结果表明,在室温条件下,碳酸根的ν_{1 066}峰的拉曼位移随着压力的增大而线性增加。三种浓度下ν_{1 066}峰的拉曼位移与压力的拟合直线彼此接近,斜率误差小于1%,偏差小于系统误差,因此在实验误差范围内碳酸根浓度对ν_{1 066}峰随压力变化的行为不存在影响。经过数据拟合得到公式：p/MPa=174.13 Δν_{1 066}/cm-1—59.03(Δν_{1 066}=ν_{1 066}-ν_{1 066}0,ν_{1 066}0为体系零压时碳酸根离子ν_{1 066}峰的拉曼位移)。此公式可以用于常温下在含有纯碳酸钠体系中的压力标定。     

田黄的红外与拉曼光谱研究

对中国寿山田黄石进行了X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱和拉曼光谱测试, 以获得田黄的谱学特征。研究表明田黄有地开石质、珍珠陶石质和伊利石质三类,其红外特征吸收峰分别为3 621,3 629和3 631 cm-1,拉曼特征峰分别为3 626,3 627和3 632 cm-1,3 550～3 750 cm-1间OH振动所致拉曼谱峰与红外结果一致。地开石质田黄含无序、有序两类,无序地开石OH3振动吸收峰相对有序地开石向低波数方向移动8 cm-1,相对强度增强,无序结构可能与高含量的Fe有关。3 550～3 750 cm-1间地开石OH振动红外吸收峰强于珍珠陶石,表现为珍珠陶石质田黄的红外光谱明显叠加有副矿物地开石的强吸收峰。伊利石质田黄主要为2M₁型伊利石,并含有少量1M型伊利石。这些特征为科学鉴定田黄提供了理论依据。     

绿松石的激光拉曼光谱研究

对湖北、安徽地区绿松石进行了激光拉曼光谱测试分析。结果表明,绿松石中H₂O,OH-及PO3-₄的基团振动是导致其激光拉曼光谱形成的主要原因。3 510～3 440 cm-1的谱峰是由ν(OH)伸缩振动所致,其中ν(OH)振动导致的强拉曼特征谱峰在3 470 cm-1附近,ν(H₂O)伸缩振动致拉曼谱峰位于3 290～3 070 cm-1附近的较为宽缓的弱谱峰处;由ν₃(PO₄)伸缩振动致强拉曼特征谱峰在1 200～1 030 cm-1之间,其中ν₃(PO₄)振动导致的强拉曼特征谱峰在1 039 cm-1附近,ν₄(PO₄)弯曲振动位于650～540 cm-1范围,ν₂(PO₄)的弯曲振动谱峰位于500～410 cm-1处;不同产地、不同结晶类型的绿松石表现出的拉曼谱峰特征基本一致。     

黑龙江穆棱地区宝石级石榴石的宝石学及谱学特征

对黑龙江穆棱新生代玄武岩产出的宝石级石榴石进行了宝石学常规测试、电子探针测试、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱测试,以获得该区石榴石的宝石学特征和谱学特征。化学成分分析表明,该区石榴石为镁铝榴石,含有Fe,Ca,Mn,Cr,Ti等杂质元素。其平均晶体结构化学式为 (Mn_0.022Ca_0.455, Fe2+_0.720, Mg_1.793)_∑=2.990(Ti_0.003Cr_0.009Fe3+_0.062Al_1.951)_∑=2.025(SiO₄)₃。拉曼光谱分析表明该区石榴石存在混合相,由石榴石桥氧振动引起的拉曼位移峰反映出该特征。镁铝榴石桥氧弯曲振动拉曼位移峰位于560 cm-1(A₁g模)和641 cm-1(E_g+F₂g模),钙铝榴石和铁铝榴石桥氧弯曲振动E_g+F₂g模形成的拉曼位移峰分别位于507和486 cm-1。官能团区红外光谱显示该区镁铝榴石中不存在分子水,但少数镁铝榴石中存在少量的结构水,它们在3 585,3 566和3 544 cm-1处形成阶梯状的弱小吸收峰。该区镁铝榴石多为褐红色,其颜色由杂质离子Cr3+,Fe3+,Mn2+产生。紫外-可见吸收光谱显示,Fe3+的电子跃迁致570,521和502 nm吸收峰,Mn2+的电子跃迁致460和430 nm吸收峰,Cr3+电子跃迁致690和367 nm吸收峰。     

硼酸盐玻璃中Eu掺杂对Ag纳米颗粒的析出机制及其发光性质研究

采用高温熔融法制备了Eu-Ag共掺的硼酸盐玻璃,利用吸收光谱和发射光谱等研究了玻璃中网络形成体B₂O₃含量变化和Eu离子共掺对于Ag在基质中赋存状态的影响。在Eu-Ag共掺玻璃的吸收光谱中发现,随着B₂O₃含量的增加,Ag纳米颗粒在4 10 nm附近的宽带吸收强度逐渐下降;玻璃在340 nm光源激发下,位于350～600 nm的蓝绿光区出现一个Ag分子团簇的宽带发光,且其发光强度随B₂O₃含量的增加逐渐增强。在Eu或Ag单掺的玻璃中可分别观测到微弱的Eu3+或Ag分子团簇的本征发射,而Eu-Ag共掺样品中Eu3+和Ag分子团簇的发光都得到了显著的增强。并且Eu离子浓度的增加促进了Ag纳米颗粒在410 nm附近的宽带吸收。对Eu离子的添加促进Ag纳米颗粒析出的机理进行了讨论。同时,由于Eu3+的5D₀→7F_J的电子跃迁发射为橙红光,Ag纳米团簇可发射蓝绿光甚至黄光,因此通过玻璃结构的调控和Eu离子掺杂浓度的调节可以实现玻璃的白光发射,这有望成为潜在的白光LED用玻璃照明材料。     

Influence of nature of precursors on the formation and structure of Cu-Ni-Cr mixed oxides from layered double hydroxides

Analogous layered double hydroxides (LDHs) with the Cu²⁺/Ni²⁺/Cr³⁺ molar ratio of 1/2/1 on the brucite-like layers and interlayer anions (viz sulfate, nitrate and carbonate, respectively) were synthesized by a coprecipitation method. For the first time, the effects of interlayer anions on the structural properties of as-synthesized LDHs and resulting calcined products at 773 K were investigated by means of powder X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), simultaneous thermogravimetric and differential thermal analysis (TG-DTA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and temperature programmed reduction (TPR). The results indicate that the nature of interlayer anions involved within the hydrotalcite (HT)-like structure has a larger influence on the thermal stability of LDHs precursors. Calcination of well-crystallized LDHs leads to the formation of mixed metal oxides including CuO, NiO and Cu²⁺-, Ni²⁺- and Cr³⁺-containing spinel phases, the composition distributions of which obtained from LDHs precursors depend on the nature of interlayer anions, thus resulting in the difference of the reducibility of reducible metal species in the calcined LDHs. Moreover, the surface basicity of the calcined material, which is related to the different behaviour of LDHs precursors during the thermal decomposition depending on the interlayer anions, increases progressively following the order of calcined LDHs from sulfate to nitrate and carbonate.     

Synthesis and Raman spectroscopic characterisation of hydrotalcite with CO32− and VO3− anions in the interlayer

Infrared and Raman spectroscopy were used to characterise synthetic mixed carbonate and vanadate hydrotalcites of formula Mg₆Al₂(OH)₁₆(CO₃)²⁻, (VO₄)³⁻·4H₂ O. The spectra were used to assess the molecular assembly of the cations and anions in the hydrotalcite structure. The spectra may be conveniently subdivided into spectral features based on (1) the carbonate anion (2) the hydroxyl units and (3) water units. Bands were assigned to the hydroxyl stretching vibrations of water. Three types of carbonate anions were identified: (1) carbonate hydrogen‐bonded to water in the interlayer, (2) carbonate hydrogen‐bonded to the hydrotalcite hydroxyl surface and (3) free carbonate anions. It is proposed that the water is highly structured in the hydrotalcite, as it is hydrogen‐bonded to both the carbonate and the hydroxyl surface. The spectra were used to assess the contamination of carbonate in an open reacting vessel in the synthesis of vanadate hydrotalcites of formula Mg₆Al₂(OH)₁₆(CO₃)²⁻, (VO₄)³⁻·4H₂ O. Bands have been assigned to vanadate anions in the infrared and Raman spectra associated with V O bonds. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于激光拉曼光谱技术探测溶液中酸根离子定量分析方法研究

激光拉曼光谱技术是水下原位探测酸根离子浓度的强有力工具,建立一套适用于海洋环境、基于拉曼光谱技术的定量分析方法对实时了解海洋化学信息具有重要意义。本文在实验室条件下,以SO2-₄和HCO-₃系列浓度水溶液及近海海域的海水为样品,532 nm激光作为激发光源,模拟原位探测方式采用侵入式光学探头采集拉曼光谱。分别采用内定标法、多元线性回归法(MLR)、偏最小二乘法(PLS)和基于主导因素的PLS法对光谱数据进行定量分析。研究结果表明,采用以1 640 cm-1水分子O—H振动谱峰为内标峰的内定标法预测待测离子浓度,预测误差均相对较大,定标曲线线性相关系数不高;采用多元线性回归法,定标曲线的线性相关系数有较大提高,在一定程度上提高了定量分析的精度;采用酸根拉曼峰强度、酸根峰面积、水峰强度、水峰面积作主导因素结合PLS法预测配置溶液中SO2-₄和HCO-₃浓度的定标曲线相关系数R2分别为0.990和0.916,对待测样30 mmol·L-1的SO2-₄预测相对误差为3.262%,对20 mmol·L-1的HCO-₃预测相对误差为5.267%。以海水中SO2-₄为分析对象时,与离子色谱法预测的28.01 mmol·L-1进行对比,以上四种定标方法的研究结果表明,主导因素结合PLS法优于其余三种分析方法,其均值相对误差降低为1.128%。因此,采用水的拉曼信号作为主导因素结合PLS法预测水溶液中的酸根离子浓度时能有效提高定量分析的精度,并可应用于现场和原位探测中的定标。     

Raman spectroscopic study of synthetic reevesite and cobalt substituted reevesite (Ni,Co)6Fe2(OH)16(CO3)·4H2O

Raman spectroscopy, complemented with infrared spectroscopy of compounds equivalent to reevesite, formula (Ni,Co)₆Fe₂(OH)₁₆(CO₃)·4H₂O, with the ratio of Ni/Co ranging from 0 to 1, have been synthesised and characterised based on the molecular structure of the synthesised mineral. The combination of Raman spectroscopy with infrared spectroscopy enables an assessment of bands attributable to water stretching and brucite‐like surface hydroxyl units to be obtained. Raman spectroscopy shows a reduction in the symmetry of the carbonate anion, leading to the conclusion that the carbonate anion is bonded to the brucite‐like hydroxyl surface and to the water in the interlayer. Variation in the position of the carbonate anion stretching vibrations occurs and is dependent on the Ni/Co ratio. Water bending modes are identified in both the Raman and infrared spectra at positions greater than 1620 cm⁻¹, indicating that water is strongly hydrogen bonded to both the interlayer anions and the hydrotalcite surface. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

杂多酸环戊二烯钒衍生物的合成、谱学性质及抗肿瘤活性

合成了杂多酸环戊二烯钒衍生物[Bu₄N]₄[(CpV)PW₁₁O₃₉](1),[Bu₄N]₄H[(CpV)SiW₁₁O₃₉](2)和[Bu₄N]₄[A-β-(η5-CpV)SiW₉V₃O₄₀](3),并通过元素分析、IR、51V和183W NMR谱进行了结构表征。结果表明配合物(1)和(2)为结合型有机金属配合物,(3)为支撑型杂多酸有机金属配合物。体外抗肿瘤活性研究表明化合物(1)对HL-60和B₁₆均具有一定的抑制作用。     

Synthesis and Raman spectroscopic study of Mg/Al,Fe hydrotalcites with variable cationic ratios

Hydrotalcites of formula Mg₆(Al,Fe)₂(OH)₁₆(CO₃)·4H₂O formed by intercalation with the carbonate anion as a function of divalent/trivalent cationic ratio have been successfully synthesised. The XRD patterns show variation in the d‐spacing attributed to the size of the cation. Raman and infrared bands in the OH stretching region are assigned to (1) brucite layer OH stretching vibrations, (2) water stretching bands and (3) water strongly hydrogen bonded to the carbonate anion. Multiple (CO₃)²⁻ symmetric stretching bands suggest that different types of (CO₃)²⁻ exist in the hydrotalcite interlayer. Increasing the cation ratio (Mg/Al,Fe) resulted in an increase in the combined intensity of the two Raman bands at around 3600 cm⁻¹, attributed to Mg OH stretching modes, and a shift of the overall band profile to higher wavenumbers. These observations are believed to be a result of the increase in magnesium in the structure. Raman spectroscopy shows a reduction in the symmetry of the carbonate, leading to the conclusion that the anions are bonded to the brucite‐like hydroxyl surface and to the water in the interlayer. Water bending modes are identified in the infrared spectra at positions greater than 1630 cm⁻¹, indicating that water is strongly hydrogen bonded to both interlayer anions and the brucite‐like surface. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.