三种二元水溶液体系中氢键对拉曼线宽的影响

采用显微共聚焦拉曼光谱对三种二元水溶液(乙腈/水、二甲基亚砜(DMSO)/水和丙酮/水)进行测量,得到含有氢键作用的水溶液体系拉曼频移和线宽随浓度的变化规律。应用混合模型和相互作用体系的线宽经验公式对实验结果进行了分析。结果表明,含有氢键作用的水溶液体系中,氢键作用越强线宽越大,并且线宽随单位浓度变化率大;同种氢键体系中,线宽不仅受浓度浮动的影响,氢键作用也是一个重要的影响因素,定量分析证明线宽与浓度、氢键作用关系很好地符合Ojha等提出的线宽公式。     

三元水溶液中氢键对分子结构影响的拉曼光谱研究

在自然界中,水分子的缔合现象对地球上的生命有很重大影响,氢键的形成是水分子缔合的根本原因。在水溶液中,氢键作用是影响溶液分子结构的主要因素。本研究采用显微共聚焦拉曼光谱对二甲基亚砜(DMSO)/乙腈/水三元水溶液进行测量,得到了含有氢键作用的水溶液体系拉曼频移的变化规律。通过对结果的分析得到了三元水溶液中氢键对分子结构与性质的影响,这将为进一步揭示氢键作用规律、丰富氢键理论提供有价值的实验依据。     

基于氢键作用的几种二元水溶液的表面张力特性及拉曼光谱研究

氢键效应作为溶液中典型的微观特性直接影响溶液微观结构,并对物理和化学性质产生重要影响。对氢键作用的研究是水科学研究的重要突破口,也使得通过氢键研究水溶液性质成为一种极具优势的研究方法。通过测量不同浓度下的表面张力以及各体系拉曼光谱,研究二甲基亚砜/水、乙腈/水、丙酮/水三种具有典型氢键作用的二元溶液体系。研究了表面张力的变化规律和各体系中的氢键作用,讨论了溶液体系的微观结构变化,解释了氢键作用对表面张力的影响机制。     

变温过程中二甲基亚砜与水之间氢键行为的拉曼光谱研究

测量了在降温过程中体积比为1∶1的二甲基亚砜(DMSO)水溶液的拉曼光谱,并对DMSO水溶液的拉曼光谱进行了归属。对实验数据进行分析发现: 在降温过程中DMSO分子与水分子的分子间氢键、DMSO分子与DMSO分子和水分子与水分子间氢键的作用行为引起了DMSO的SO双键和水分子的O—H键的拉曼谱带的变化。进一步分析表明：在27～-30 ℃降温过程DMSO与水之间氢键加强,-30～-60 ℃降温过程水与水之间氢键代替DMSO与水之间的氢键。这为丰富水溶液的氢键理论提供了实验依据。     

拉曼光谱和表面张力用于水质检测与分析

使用激光拉曼光谱仪测试了蒸馏水、瓶装饮用水和自来水的室温拉曼光谱,并用拉脱法测量了表面张力.实验结果表明:蒸馏水、瓶装饮用水和自来水的拉曼光谱基本相似,蒸馏水的拉曼光谱相对光滑,峰强度较大;自来水和瓶装饮用水的拉曼光谱出现杂峰与毛刺,峰强度降低,峰形宽化.蒸馏水、瓶装饮用水和自来水的表面张力随温度升高而减小.水中杂质物和溶解物对水中氢键的影响,使水分子团簇结构强化,极化率降低,振动能量减弱,拉曼光谱峰强度降低,表面张力增大.     

二硫化碳在四氢呋喃中的费米共振特性研究

费米共振现象广泛存在于分子的振动光谱中,如红外光谱、拉曼光谱等。变换浓度方法是光谱分析的一种主要手段。文章中测量了二硫化碳(CS_2)在四氢呋喃(THF)中不同浓度下的拉曼光谱,引入Bertran理论分析研究v_1-2v_2费米共振现象随浓度的变化规律。研究表明,随着二硫化碳体积浓度的降低,溶液中的费米共振特性参数(如光谱强度比、频率间隔、耦合系数、非谐力常数)将随溶剂效应的影响发生明显的变化。例如,光谱强度比逐渐减小,耦合系数逐渐增加等。这些变化不仅受到溶液散射系数的影响,更重要的是弱氢键的形成对振动光谱的影响。光谱图中还出现了拉曼谱线的非对称移动,基频v_1基本没有发生频移,倍频2v_2却逐渐向高波数方向移动,这与理论上的对称移动不相符。通过对分子间微观作用的研究,弱氢键的作用机理可以很好的解释这种现象。这些分析对于进一步研究溶剂效应对费米共振的影响意义重大,对于溶液中的分子振动光谱研究更加具有参考价值。     

表面张力对PEO稀溶液粘度行为的影响

测定了不同分子量聚氧化乙烯 (PEO)在水和苯溶剂中的粘度 ,发现在低浓度区PEO水溶液的比浓粘度出现负偏离 ,PEO苯溶液比浓粘度与浓度之间依旧满足线性关系 .表面张力测定结果表明 ,PEO分子显著降低了水的表面张力 ,而苯的表面张力则不受影响 .PEO水溶液和纯溶剂水表面张力的不同干扰了高分子溶液和溶剂在粘度计中流过时间的测量 ,导致低浓度区PEO水溶液比浓粘度出现负偏离 .利用PEO水溶液和水表面张力测定结果 ,结合乌式粘度计的几何尺寸 ,定量分析了PEO水溶液和纯溶剂水表面张力的差异对粘度测量结果的影响 ,计算结果与实验结果基本相符 .如果用PEO水溶液流过时间对浓度作图的外推值t0 计算相对粘度 ,可以完全消除PEO水溶液和水表面张力差异对粘度测量的影响     

激光处理水溶液对ICP光源辐射的增强作用

为了增强电感耦合等离子体原子发射光谱强度,改善对痕量重金属元素的检测水平,本文采用波长为976 nm的近红外激光辐照水溶液,研究了溶液表面张力和粘度的变化情况,并且观测了处理后的水溶液对ICP光源的光谱强度和信背比的影响。实验结果表明：当激光辐照时间为60 min,功率密度为0.3296W·cm-2时,溶液的表面张力比未处理时的减小了36.73%,粘度减小了9.73%。将优化条件下激光辐照处理的水溶液引入到ICP光源中,通过测量发射光谱强度可知,样品元素Cd,Cr,Cu,Hg和Pb的谱线强度要比溶液未处理时的分别提高了73.52%,22.97%,33.86%,24.44% 和 65.59 %,光谱信背比分别增大了76.03%,21.74%,32.17%,22.68% 和65.32%。可见,ICP光源的光谱强度和信背比得到了明显改善,为降低元素分析检出限奠定了基础。另外,经激光处理后的水溶液在30 min静置时间内其表面张力和粘度基本保持不变,物理性质稳定。这种简便易行的激光处理水溶液方法有助于提高ICP光谱法的检测能力。     

强磁场下NH4Cl水溶液结构的拉曼光谱研究

迄今为止,国内外存在很多关于强磁场处理对水溶液结构影响的争议,并且关于强磁场对无机盐水溶液结构的研究也相对较少。运用拉曼光谱法,测定了在外加强磁场1.8 T强度下,高纯水与质量分数分别为1%,5%,10%,20%和28%的NH₄Cl水溶液在不同磁化时间下的拉曼散射数据,为拉曼光谱法探究强磁场对水溶液结构的影响提供了一个新的可行方式,丰富了拉曼光谱的研究领域。由实验结果可知,随着磁化时间的增加,水分子中氢键的伸缩振动峰值逐渐升高,经过一定的磁化时间后可以达到饱和。高纯水与不同质量分数的NH₄Cl水溶液的饱和效应时间均不同。高纯水与质量分数为1%,5%,10%,20%和28%的NH₄Cl水溶液峰值饱和时间分别为150,120,120,100,80和80 min。随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加,达到磁效应饱和的时间呈现减少的趋势。磁场移除后,测定高纯水与不同质量分数NH₄Cl水溶液的去磁记忆时间。高纯水与质量分数为1%,5%,10%,20%和28%的NH₄Cl水溶液的去磁记忆时间分别为30,40,50,60,80和80 min。随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加,去磁记忆时间呈现增加的趋势。利用去卷积拟合的方法对磁化2 h后不同质量分数的NH₄Cl水溶液进行处理。由去卷积拟合结果可知,质量分数为20%的NH₄Cl水溶液比质量分数为10%的NH₄Cl水溶液增加了一个N-H峰,该信号峰随着NH₄Cl水溶液质量分数的增大逐渐增强。DDAA型氢键结构整体上随磁化时间增加而减少,磁化时间的增加对四面体水结构具有破坏作用。当达到饱和磁化时间后,DDAA型氢键不再发生变化。实验结果表明,通过拉曼光谱法可以得到1.8 T强磁场对NH₄Cl水溶液结构的影响规律,为外加强磁场条件下其他无机盐水溶液的研究提供了一定的理论基础。     

模拟深海极端环境下烷类气体的拉曼光谱实验研究

利用高温高压深海模拟实验系统,进行了深海热液环境下烷类气体水溶液的拉曼光谱探测,分析了烷类分子的拉曼特征峰随温度和压力的变化规律,建立了温度与光谱之间的数学模型.结果表明:由于水的氢键作用,导致溶于其中的烷类分子的拉曼特征峰频移量较其气态时减小;常温下,在≤40 MPa 压力范围内,烷类分子的拉曼特征峰均未见明显变化;...     

Molecular mechanism of gelation upon the addition of water to a solution of poly(acrylonitrile) in dimethylsulfoxide

The solidification of a solution of poly(acrylonitrile) (PAN) in dimethylsulfoxide (DMSO) upon introduction of water into the solution is studied by Raman spectroscopy. In the absence of water, DMSO molecules are found to produce dipole-dipole bonds with PAN molecules. Upon the introduction of water, DMSO molecules produce hydrogen bonds with it and bands at 1005 and 1015 cm⁻¹ appear in the Raman spectrum, which are assigned to the valence vibrations of S=O bonds involved in the hydrogen bonds. Simultaneously, water molecules produce hydrogen bonds with PAN molecules: R-C≡N...H-O-H...N≡C-R, where R is the carbon skeleton of a PAN molecule. Accordingly, a band at 2250 cm⁻¹ arises in the Raman spectrum, which is assigned to the valence vibrations of C≡N bonds producing hydrogen bonds with a water molecule. When the water content is low and the DMSO concentration is high, the length of the hydrogen bonds varies in wide limits and the band at 2250 cm⁻¹ is wide. As the water content rises, DMSO molecules come out of PAN, the variation of the hydrogen bond length in it decreases (the band at 2250 cm⁻¹ narrows), and a high-viscosity system (gel) arises that consists of PAN molecules bonded to water molecules via “equally strong” hydrogen bonds.     

十二烷基硫酸钠自组装过程中分子间相互作用力的垂直偏振拉曼光谱研究

Molecular self-assembly is extremely important in many fields, but the characterization of their corresponding intermolecular interactions is still lacking. The C-H stretching Raman band can reflect the hydrophobic interactions during the self-assembly process of sodium dodecyl sulfate (SDS) in aqueous solutions. However, the Raman spectra in this region are seriously overlapped by the OH stretching band of water. In this work, vertically polarized Raman spectra were used to improve the detection sensitivity of spectra of C-H region for the first time. The spectral results showed that the first critical micelle concentration and the second critical micelle concentration of SDS in water were 8.5 and 69 mmol/L, respectively, which were consistent with the results given by surface tension measurements. Because of the high sensitivity of vertically polarized Raman spectra, the critical micelle concentration of SDS in a relatively high concentration of salt solution could be obtained in our experiment. The two critical concentrations of SDS in 100 mmol/L NaCl solution were recorded to be 1.8 and 16.5 mmol/L, respectively. Through comparing the spectra and surface tension of SDS in water and in NaCl solution, the self-assembly process in bulk phase and at interface were discussed. The interactions among salt ions, SDS and water molecules were also analyzed. These results demonstrated the vertically polarized Raman spectra could be employed to study the self-assembly process of SDS in water.     

磁化水的磁化机理研究

研究了搅拌状态下三种磁化水的物理性质.得到水的表面张力系数、黏度和密度随磁感应强度和磁化时间均呈现多极值增减变化关系.该实验规律虽亦有多篇文献报道,但至今尚无合理解释.本文从水的分子结构和氢键的特点出发,综合应用电磁学、结构化学和热学的相关理论对水的磁化机理作了进一步研究,对磁化水表面张力系数、黏度和密度的多极值现象给出了解释.研究认为,当将水体置于200 mT以上的磁场中磁化时,电子受到磁场作用或扰动,状态发生变化,影响了电子间的相互作用,使部分氢键断裂.由于形成氢键的条件易于满足,液态水在一定温度下氢 关键词： 磁化水 磁化机理 表面张力 氢键     

Bimodal dependence of light scattering/fluctuations on the concentration of aqueous solutions

Two concentration ranges (from 10^?5 to 10^?9 and from 10^?13 to 10^?18 M) corresponding to enhanced fluctuations of Rayleigh and Raman scattering of second-harmonic (527 nm) pulses of YVO₄:Nd³⁺ laser are found for aqueous solutions of antioxidant potassium phenosan. A correlation is revealed between the rise in elastic Rayleigh scattering intensity and its fluctuations and the shift of the center of OH Raman band of water toward the ice component characteristic frequency (3200 cm^?1). The development of phase-equilibrium instabilities is analyzed based on the model of fluctuations of the number of hydrogen bonds on the assumption of formation/destruction of ordered hydration layer of phenosan molecules in water.     

ATR-IR分析氢氧化钠对水及离子液体/水体系氢键作用的影响

利用衰减全反射红外光谱（ATR-IR）分析NaOH对水及1-乙基-3-甲基咪唑醋酸酯离子液体水溶液（EmimAc/水）氢键网络的影响,研究结果表明,NaOH的加入会影响水分子的氢键对称性和类型,对称性氢键谱带Ⅰ（3 218 cm-1）和Ⅱ（3 375 cm-1）随着NaOH浓度的提高而降低。NaOH使水溶液氢键发生极化,产生连续吸收带,连续吸收带随着NaOH浓度的提高而增强。水对EmimAc的阳离子和阴离子均有影响。水分子的OH和EmimAc的COO-产生强的相互作用,在3 400~3 200 cm-1产生宽的吸收谱带;而水分子的质子和COO-作用使得C═O吸收谱带红移。水的加入使得EmimAc指纹区的谱带蓝移或吸收强度下降,表明水可以破坏EmimAc原有的氢键网络,形成“阴离子…HOH…阴离子”团簇,减弱了离子液体阴、阳离子之间的相互作用。NaOH替代水与EmimAc混合,ATR-IR谱图的变化并不显著,主要表现在谱带的吸收强度上。与EmimAc/水相比,EmimAc/NaOH水溶液的ATR-IR谱的吸收强度更高,表明NaOH水溶液对EmimAc氢键网络的破坏不如水显著。由此可见,可利用EmimAc/NaOH体系降低离子液体体系黏度,并且降低离子液体使用成本,对木质纤维原料预处理有一定的指导意义。     

双光束激光处理水溶液对ICP发射光谱的增强作用

为了改变水溶液的物理性质,提高ICP发射光谱的辐射强度,实验采用波长为976 nm的近红外激光和10.6 μm的CO₂激光正交辐照水溶液,研究了不同激光功率密度和辐照时间对水溶液表面张力和粘度的影响,也探讨了处理后水溶液对ICP光谱强度的增强作用。实验结果表明,在976 nm激光功率密度为0.265 7 W·cm-2,CO₂激光为0.2069 W·cm-2以及辐照时间为40 min条件下,水溶液的表面张力和粘度比未进行激光处理时的分别减小了42.13%和14.03%,而雾化效率升高了51.26%。将优化条件下激光处理的水溶液引入ICP光源后发现,样品元素As,Cd,Cr,Hg和Pb的光谱强度比水溶液未处理时的分别提高了46.29%,94.65%,30.76%,33.07%和94.58%,信背比分别增大了43.84%,85.35%,28.71%,34.37%和90.91%;等离子体温度和电子密度也分别升高了5.94%和1.18%。可见,双光束激光正交辐照水溶液的方法能够明显降低水溶液的表面张力和粘度,提高ICP光源的辐射强度,这为顺利检测水样品中痕量重金属元素创造了条件。     

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。