高温高压下水溶液中硫酸根离子浓度的拉曼光谱定量测定研究

当前,拉曼光谱通常被应用于定性研究,拉曼光谱的定量研究明显不足。通过理论分析,拉曼光谱的定量研究应当基于其相对强度来进行。据此,通过对三种不同浓度的Na2SO4溶液进行拉曼光谱分析,得到了常温常压下水溶液中SO2-4离子浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6R(r2=0.999 4)。此外,对高温高压下硫酸根水溶液的拉曼光谱也进行了研究。光谱分析表明,温度和压力将影响拉曼谱峰强度比值与SO2-4浓度的关系。高温高压下水溶液中SO2-4浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6(R+1.469×10-4ΔT+1.340×10-4ΔP),式中c(SO2-4)为待测溶液中SO2-4的浓度,R为拉曼谱峰强度的比值R(SO2-4/H2O),ΔT为相对于常温(23℃)时的温度差,ΔP为相对于常压(0.1MPa)时的压力差。该方程适用的温度范围为23℃≤T≤360℃,浓度范围为0.5~1.5mol·L-1,测量的相对误差为6.5%。对于具有拉曼活性的物质,拉曼光谱实验技术可以用来进行水溶液中物质浓度的定量研究。     

高温高压下文石和方解石的拉曼光谱研究

利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术,研究了文石在18～388 ℃,71～2 014 MPa,以及方解石在19～351 ℃,96～1 823 MPa条件下的拉曼光谱特征,并得到文石和方解石的拉曼位移与温度、 压力三者之间的关系式。研究结果表明,文石和方解石的拉曼位移随温度压力的变化规律相似,都随压力升高向高频移动,除文石的704 cm-1外均随温度升高向低频移动。二者的晶格振动ν_i/T值均大于[CO₃]基团内振动的值,说明CaO₆八面体的热膨胀性大于[CO₃]基团的热膨胀性。二者的对称伸缩振动ν/T及ν/P值不同,由于该振动拉曼位移和C—O键的键长有关,方解石的C—O键的热膨胀性比文石小而可压缩性比文石大。另外升温升压过程中文石和方解石可以相互转化,伴随该过程发生的[CO₃]基团旋转变形等动力学因素也可以造成二者ν_i/T和ν_i/P值差异。     

高温高压下方解石相转变的拉曼光谱原位实验研究

用热液金刚石压腔装置结合拉曼光谱技术研究了高温高压下方解石的相变过程及拉曼光谱特征。结果表明:常温条件下,体系压力增至1 666和2 127 MPa时,方解石的拉曼特征峰155cm-1消失,1 087cm-1峰分裂为1 083和1 090cm-1两个谱峰、282cm-1峰突然降至231cm-1,证明其转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。在起始压力为2 761MPa和低于171℃的升温过程中,方解石-Ⅲ的拉曼散射的各个特征振动峰没有变化。当温度达到171℃,方解石晶体完全变成不透明状,其对称伸缩振动峰1 087cm-1、面内弯曲振动峰713cm-1和晶格振动峰155和282cm-1均发生突变,说明方解石-Ⅲ相变生成一种碳酸钙新相。体系降至常温,该新相一直保持稳定不变,表明高温高压下方解石向碳酸钙新相的转变过程是不可逆的。方解石-Ⅲ与碳酸钙新相之间的相变线方程为P(MPa)=9.09.T(℃)+1 880。碳酸钙新相的对称伸缩振动峰(ν1 087)随压力、温度的变化率分别为dν/dP=5.1(cm-1.GPa-1),dν/dT=-0.055 3(cm-1.℃-1)。     

金刚石压腔蛇纹石原位拉曼光谱研究

在金刚石压腔中,运用激光拉曼光谱技术对高压下蛇纹石矿物结构及其稳定性进行了原位观测与研究。实验获得蛇纹石在常温下从0.1～5 140MPa的拉曼光谱数据。研究发现,蛇纹石低频拉曼谱峰388,471,692和705cm-1随压力增加有规律地向高频偏移;层内羟基3 664cm-1峰和层间羟基3 696cm-1峰与压力呈明显的正相关性。层内羟基3 664cm-1峰随压力变化的斜率为3.3cm-1.GPa-1,层间羟基3 696cm-1峰在2.0GPa时斜率由8.3cm-1.GPa-1变为1.1cm-1.GPa cm-1。在实验温压条件下,蛇纹石未发生脱水作用。     

高温高压下干酪根在水中变化的拉曼光谱原位分析

金刚石作为顶砧 ,通过顶砧压腔装置对干酪根在水中的变化进行拉曼光谱的原位分析 ,压力采用常温常压下石英 4 6 4cm-1的拉曼峰确定。在 2 4 0℃之前 ,可得到水、干酪根以及石英清晰的拉曼峰 ,之后 ,由于金刚石的荧光效应 ,使拉曼信号消失。实验中发现 ,温度从最高温度 4 40℃降到 2 4 0℃ ,拉曼光谱图显示干酪根降解生成了有机小分子     

高温高压下草酸脱羧反应中的拉曼光谱研究

应用水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了高温高压下草酸溶液的热稳定,使用拉曼光谱对其脱羧反应及产物进行监测。结果表明低温升温过程中,草酸的拉曼谱图中各个特征振动峰没有发生变化,随着温度的继续升高,其特征振动峰逐渐变弱。达到一定温度后,羧基的拉曼特征峰消失,草酸发生脱羧反应:C2H2O4—2CO2+H2生成CO2和H2。高温高压下草酸发生热分解的温度压力之间呈线性关系,其线性回归方程为P(MPa)=12.839 T(K)-5 953.7,R2=0.99。草酸脱羧反应的摩尔体积变化与温度压力的关系为ΔV(cm-3.mol-1)=16.69-0.002P(MPa)+0.005 2T(K),R2=0.99。     

羟碳铈矿的高压拉曼光谱研究

羟碳铈矿是一种重要的含水稀土氟碳酸盐矿物,了解其高压下的物理性质对于探讨氟和水的存在对碳酸盐矿物物性的影响具有重要意义。运用金刚石压腔(DAC)技术与激光拉曼光谱,在室温下原位开展了羟碳铈矿的高压拉曼光谱学研究。结果显示,在常压下由[CO_3]~(2-)振动引起的拉曼峰共有6条:面内弯曲振动引起的拉曼峰位于604、742 cm~(-1),对称伸缩振动引起的拉曼峰位于1083、 1096和1103cm~(-1),而1430cm~(-1)属于非对称伸缩振动;由[OH]~–振动引起的拉曼峰有6条,分别位于3 174、3 197、3 290、3 345、3 526和3 648 cm~(-1)。随着压力的增加(0～30 GPa),未发现拉曼峰的消失或新拉曼峰的出现,表明在测试压力范围内羟碳铈矿未发生相变。拉曼峰均往高波数偏移,其位移与压力呈现良好的线性正相关关系,由[CO_3]~(2-)的面内弯曲振动引起的拉曼峰对压力的依赖系数最小,为2(0.06) cm~(-1)/GPa,而基团外振动引起的拉曼峰对压力的依赖系数最大,为4.2(0.11) cm~(-1)/GPa。对比无水碳酸盐高压下拉曼峰的位移,认为[OH]~–和F~–的存在导致羟碳铈矿高压下结构中[CO_3]~(2-)基团的振动模式对压力的依赖性发生变化,进一步影响到晶体高压下的各向异性。这为研究地球深部碳酸盐的高压物性行为提供了新的启示。     

金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行氢同位素分馏的实验研究

应用水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术来进行石膏和重水间稳定同位素分馏的实验研究.氢同位素 D 与 H 的质量差百分比是所有稳定同位素里最大的,由质量引起的分馏更容易发生,更容易在实验中观测;石膏是浅部地壳重要的含水矿物,它与重水之间的同位素分馏效应对矿物-水体系的同位素平衡分馏研究具有重要意义.常用分馏系数是指两矿物或两...     

高压下正戊醇的拉曼光谱原位研究

在室温(23℃)高压条件下,利用立方氧化锆压腔研究了正戊醇在波数800~3 000 cm-1范围内的拉曼光谱。拉曼谱峰随着压力的增大变得越来越尖锐,C—H伸缩振动峰在高压下不易被分离。在0.1 MPa~1.75 GPa,其C—H伸缩振动峰均随着压力的增大向高波数方向线性移动,拉曼频移与压力的线性拟合方程分别为:P(MPa)=69.652 65.(Δνp)single,T=23℃+105.806 93,0(Δpν)single(cm-1)≤23;P(MPa)=77.974 04.(Δpν)2 960,T=23℃+95.390 5,0(Δνp)2 960(cm-1)≤21;P(MPa)=126.956 39.(Δpν)2 863,T=23℃-110.648 09,0(Δpν)2 863(cm-1)≤13。正戊醇的C—H伸缩振动单峰拟合的波数随压力的变化关系为(sνingle/P)T=(14±1)cm-1,适合用来标定体系压力。在压力为1.75 GPa时,正戊醇的拉曼谱峰有明显跳跃,同时镜下观察到其液-固相转变。液-固相转变过程中的摩尔体积变化为ΔVm=1.84×10-6m3.mol-1。     

金刚石压腔高温高压原位谱学研究的评述

金刚石压腔 (DAC)已经可以达到 5 5 0 GPa的压力和 6 0 0 0 K的温度 ,其高温高压谱学原位测量已经成为现代科学的一种重要的手段和方法。目前利用 DAC可以进行光谱学 (拉曼光谱、红外光谱、荧光光谱 )、衍射 (X射线衍射和 XAFS)、布里渊散射、核磁共振 (NMR)以及穆斯堡尔谱的高温高压原位研究。设计用于各种不同需要的便宜的压腔、合适的谱学测量方法以及压力内标物质是进一步拓宽 DAC应用的发展方向。     

制作高压压砧的新材料--碳化硅宝石

 介绍了碳化硅的一些背景资料,以及人工合成碳化硅宝石的基本原理,说明了碳化硅宝石的主要物理性质。并对碳化硅宝石作为金刚石的替代品,制作成的碳化硅压腔在完成超高压高温实验方面的优势和应用前景进行了评述。     

斜锆石（ZrO2）高温高压相变的Raman光谱研究

 以Ar作压力介质，在0~23 GPa压力范围内，利用金刚石压腔装置（DAC）和激光加温技术，采用显微拉曼光谱进行原位测试，对处于准静水压力条件下的斜锆石开展高温高压相变研究。研究结果表明：室温下斜锆石ZrO₂于3.4 GPa时开始发生相变，到10.4 GPa时其明显转变成一个空间群为Pbca的斜方相。此新相随着压力升高，直到15.3 GPa，仍稳定存在。通过研究，首次获得了Pbca相的拉曼谱图。随后在15.3 GPa压力下进行了激光加温后淬火，结果发现，加热前的Pbca相又转变成了空间群为Pnam的PbCl₂结构类型的高压相，该相直到实验最高压力23 GPa仍稳定存在。     

YJ-3000t型紧装式六面顶大腔体高温高压实验装置样品室的压力标定

 在温度为389~1 245 ℃和砧面压力为1.0~5.0 GPa的条件下,利用金属高压熔融标定法,采用Cu、Al、Zn和Pb四种金属,对YJ-3000t型紧装式六面顶大腔体高温高压实验装置样品室内的实际压力进行了标定。通过对由四种金属所获得的标定结果的多项式三维模拟,获得了以叶蜡石为外传压介质、氧化铝为内传压介质的情况下,由砧面压力和样品室温度估算样品室内实际压力的定量表达式。该结果可为今后该设备上类似实验组装中样品腔内实际压力的估算提供方便准确的压力标。     

微区Raman光谱在TiO_2高压结构相变研究中的应用

本文以金红石单晶TiO2和锐钛矿多晶TiO2为研究对象,应用金刚石小压机和原位拉曼光谱测量技术,系统研究了室温高压下TiO2的结构相变。原位拉曼测量表明,金红石单晶TiO2在压力达到12.91GPa时开始发生由金红石结构向斜锆石结构(MI)的相变,当压力达到14.16 GPa时,相变完成;继续加压到21.65 GPa,没有发现进一步的相变;卸压时由斜锆石结构转变为PbO2结构,相变发生在大约7.11 GPa处。锐钛矿多晶TiO2在压力达到4.26 GPa时开始向PbO2结构转变,当压力达到8.34 GPa时相变完成;继续加压到12.94 GPa,样品开始发生由PbO2结构向斜锆石结构的相变,当压力达到18.74 GPa时相变完成;继续加压到21.39 GPa,没有发现进一步的相变;卸压时也由斜锆石结构转变为PbO2结构,起始相变压力点应高于8 GPa。     

环庚烷的高压拉曼光谱研究

 利用金刚石对顶砧（DAC）装置产生高压,在室温下对环庚烷进行了高压原位拉曼光谱研究。实验的最高压力是17.00 GPa。研究结果表明,在实验的压力范围内,室温常压下为液态的环庚烷在0.53 GPa发生了液-固相变;在3.45~5.58 GPa压力区间,环庚烷的拉曼频移随压力变化的曲线和拉曼峰的半高宽随压力的变化曲线都出现了拐点,由此判断,环庚烷可能发生了固-固相变。     

石膏的高压原位Raman光谱和相变研究

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置产生高压,在0~35 GPa压力范围,对石膏（Gypsum,CaSO₄·2H₂O）晶体进行了高压原位Raman光谱研究。根据高压Raman光谱的实验数据,给出了石膏晶体Raman振动频率与压力的依赖关系;在4.5 GPa附近,在对称性伸缩振动范围,发现新的Raman峰1 012  cm^-1出现,这个峰的强度随压力升高逐渐增强,据此断定在4.5 GPa 附近,石膏晶体发生了压力导致的结构相变。     

常温及常压至1.2GPa条件下异辛烷的拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔在室温(25℃)下,研究了异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)在常压至1.2GPa条件下的拉曼光谱特征。研究结果表明,异辛烷CH2和CH3的碳氢伸缩振动的拉曼位移随着压力的增大均呈线性向高频方向移动,其拉曼位移与压力的函数关系为:ν2 873=0.002 8P+2 873.3;ν2 905=0.004 8P+2 905.4;ν2 935=0.002 7P+2 935.0;ν2 960=0.012P+2 960.9。在1.0GPa附近,异辛烷的拉曼位移出现突变,与显微镜下观察发生的异辛烷液-固相变一致。结合异辛烷在常压下的熔点数据,获得了异辛烷的液-固两相相图,并根据克拉贝龙方程获得了液-固相转变过程中的摩尔体积变化量ΔVm=4.46×10-6 m3.mol-1和熵变ΔS=-30.32J.K-1.mol-1。     

金红石高温高压相变的Raman光谱特征

以Ar作压力介质,在准静水压力条件下,利用激光加热DAC技术和显微Raman光谱原位测试技术,在0～35 GPa压力范围开展金红石的高温高压相变研究。在室温条件下,金红石结构TiO₂于13.4 GPa开始转变成斜锆石相,于21 GPa时转变完全,并直到35 GPa时斜锆石相稳定存在。在压力分别为29.4和35.0 GPa时,用YAG激光器发出的波长为1.064 μm的红外激光束扫描加热样品,TiO₂斜锆石高压相转变成另一Pbca结构高压相。卸压时,Pbca相于26.3 GPa时转变成斜锆石相。斜锆石相转变成Pbca相需要加热才能发生,而卸压时却在较小的压力区间即迅速转变完全,两相转变压力边界在28 GPa左右。进一步卸压,斜锆石相直到11 GPa仍稳定,在7.6 GPa时斜锆石相与α-PbO2相两相共存,5 GPa时完全转变成α-PbO₂相,并直到常压该相以亚稳定态存在。     

六面顶压机上常温高压超声测量的样品组装设计

 简要介绍了高压超声测试技术中样品组装的设计原则。设计了一套新的样品组装,并测量了纯Al和纯Cu在常温下的等温状态方程。实验结果表明,新的组装能够实现较理想的准静水压加载,同时也能够测试出良好的超声信号。分析了六面顶压机上常温超声测量的主要误差来源。