二甲基亚砜水溶液表面张力及粘度与氢键的拉曼光谱研究

利用ZL-10型全自动界面张力仪(柏金环法)和NDJ-5S型数显粘度计测量体积分数为5%～100%的二甲基亚砜(DMSO)水溶液及超纯水,得到表面张力和粘度的变化规律。用拉曼光谱仪测量不同浓度DMSO水溶液的拉曼光谱,得到体系中含氢键作用的拉曼频移变化规律。实验结果表明,DMSO水溶液的表面张力随浓度的变化受DMSO水溶液中氢键作用的影响,且与氢键强度成反相关。DMSO与水的氢键作用对粘度的影响较表面张力更为复杂,粘度随浓度的变化呈二次函数的反常现象,影响因素包含氢键强度,氢键网络结构和空间方向性多个方面。该研究探索一种利用拉曼光谱研究水溶液微观结构与宏观物理性质关系的实验方法。     

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。     

拉曼光谱法研究1,3-二甲基脲溶液中的相互作用

尿素类化合物在生命科学领域中有非常重要的作用,其独特的化学结构可与水等其他氢键给体材料形成氢键。氢键是生命分子体系中较常见和重要的分子间弱的相互作用,振动光谱方法为分子间氢键相互作用的研究提供有力的测量手段,其中拉曼光谱为研究水溶液中氢键形成和变化规律提供了可能。测得了1,3-二甲基脲(DMU)晶体的拉曼光谱,利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G**水平上对气态单体DMU进行结构的优化,并结合文献对拉曼光谱的谱线进行了归属认证。然后测得了1,3-DMU与水二元体系的拉曼光谱。相比与DMU晶体,当DMU分子溶于水后,水-DMU氢键相互作用将取代DMU-DMU分子间相互作用,导致氮原子杂化方式由sp2向sp3杂化转变。由此溶解过程中DMU分子的骨架从平面结构变成了非平面结构。     

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。     

不同体系下氢键对聚丙烯酰胺光谱的影响

采用红外,紫外光谱分析不同体系下氢键对部分水解高分子聚丙烯酰胺光谱的影响。研究表明,高分子聚丙烯酰胺中的酰胺基与部分水解的羧酸基能形成分子内氢键导致酰胺基中游离-NH₂特征吸收峰向低频方向移动;聚丙烯酰胺在水溶液中随浓度的增大主要形成分子内氢键使最大吸收波长发生红移;在含中等浓度钠离子和钙离子的水溶液体系下,分子内氢键和分子间氢键同时存在,在含高浓度钠离子和钙离子体系下,则主要形成分子间氢键。不同体系下,氢键对聚丙烯酰胺光谱的影响不同：在水溶液体系下,其最大吸收波长红移8 nm,在钠离子单独存在的体系下,最大吸收波长红移4 nm,在钙离子和钠离子同时存在的体系下,最大吸收波长红移2 nm。     

质谱和拉曼光谱对[M(H2O)n]+(M=Li,K)水合团簇的研究

采用质谱、拉曼光谱及理论计算对[M(H₂O)_n]+(M=Li,K)水合团簇进行了研究。质谱分析[M(H₂O)_n]+(M=Li,K)水合团簇的离子峰,推测其水溶液中最大水化数为12和13。采用拉曼光谱对浓度梯度相同的LiCl和KCl水溶液进行了讨论与比较,Li+和K+的水化作用导致~3 208 cm-1水结构拉曼峰发生了明显的变化,其中LiCl和KCl溶液的浓度分别在0~2.0和0~2.5 mol·L-1范围内,水化作用呈线性增强,浓度大于2.0和2.5 mol·L-1时,偏离线性关系,出现缔合。理论计算[M(H₂O)_n]+水合团簇结构和理论拉曼光谱表明,Li+,K+分别在n>4和n>6开始第二水化层,O-H伸缩振动频率发生了蓝移,氢键结构遭到了破坏,与实验结果一致。     

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。     

常见氯盐溶液水的拉曼包络线高斯-洛仑兹去卷积分峰定量研究

为了探索地质流体中常见阳离子的拉曼光谱定量方法, 在室温下对NaCl-H₂O, CaCl₂-H₂O, MgCl₂-H₂O, CuCl₂-H₂O, ZnCl₂-H₂O和FeCl₃-H₂O体系3 000～3 800 cm-1范围水的O—H伸缩振动区域进行了高斯-洛仑兹去卷积分峰,并对所得积分参数进行了分析。结果显示：(1)不同体系拟合后参数比(峰强比、半高宽比和积分面积比)与浓度的线性相关程度不尽相同,但对于所有体系来说拟合峰强度比(低频/高频)与浓度的线性关系均很好,完全符合定量要求,为室温下定量分析这些体系盐溶液,提供了一种便捷、可靠的定量方法。(2)拟合峰的强度比(低频/高频)随浓度的变化,在NaCl-H₂O,CaCl₂-H₂O和MgCl₂-H₂O体系中,随浓度增加,强度比呈下降趋势,说明分子间氢键逐渐减少;然而在CuCl₂-H₂O,ZnCl₂-H₂O和FeCl₃-H₂O体系却是呈上升趋势,说明分子间氢键逐渐增多,可能与这三个体系均是过渡金属离子氯盐在水中形成络合物作用有关,尚需进一步研究。(3)通过各个体系强度比与浓度关系一次拟合曲线斜率可以看出对水分子氢键的影响能力CaCl₂和MgCl₂＞NaCl;FeCl₃＞ZnCl₂和CuCl₂。     

氯盐溶液近红外光谱分析研究

氯盐近红外光谱分析在生物医学上有着十分重要的意义。在室温下对氯化钠,氯化钾,氯化钙水溶液的近红外光谱采集分析表明,氯盐溶液浓度的变化会影响水分子的氢键而使得水溶液的近红外光谱发生变化。通过选择合理波长区间以及温度变化影响为零的波长点(等吸光点),减小温度的干扰对溶液近红外光谱影响,采用偏最小二乘法建立了氯盐溶液的浓度模型用于预测氯盐的离子浓度。分析氯盐溶液中氯盐阳离子的离子半径大小、离子电荷数和离子在水中络合效应等因素对水的近红外光谱所造成的影响以及产生影响因素的原因。实验结果表明,温度和浓度都会影响溶液的近红外光谱,氯盐溶液浓度较低时,温度的影响占主导地位;氯盐浓度高时,浓度的影响占主导地位。氯盐在水溶液中形成络合物,并与氯盐阳离子共同作用对水的氢键产生影响,对于浓度相同种类不同的氯盐溶液, 形成的络合物和阳离子破坏效应对水的氢键的破坏作用为: CaCl₂>NaCl>KCl。最终建立的样品浓度模型校正集的决定系数(R2)=99.97%,交叉验证均方误差(RMSECV)=4.51,剩余预测偏差(RPD)=62.7,满足日常生化检测精度要求。     

基于石英增强光声光谱的痕量气体实时检测研究

石英增强光声光谱技术(QEPAS)出现时间较晚,是一种较为新颖的痕量气体探测手段,本文以大气中的水汽作为测量目标,开展对基于QEPAS技术的痕量气体探测系统的研究。理论上,首先对激光器波长调制及信号谐波探测的原理进行了分析,得到了可用于气体浓度信号反演及激光器波长锁定的实现方案,并讨论了可用于高灵敏度气体探测的吸收谱线的选择原则。实验中,以输出波长为1.39 μm的连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源,采用激光器波长调制和2次谐波探测技术,首先研究了激光波长调制深度对QEPAS系统产生的信号幅度的影响,接下来对声波探测系统中微共振腔强声波增强特性进行了研究。QEPAS系统经过优化后,获得了5.9 ppm的探测极限,同时对不同浓度的水汽进行了测量,实验数据线性拟合后,得到R-Square为0.98,证明了此QEPAS系统具有良好的线性响应度。最后,运用基于3次谐波探测的激光器波长锁定技术,对大气中的水汽变化进行了长达12 h的连续测量,实验结果表明,该系统性能稳定,具有良好的连续测量能力,可广泛应用于其他痕量气体的高灵敏度连续在线测量的研究上。     

3-甲基-1-乙酰基-5-(2-羟基苯基)-4,5-二氢吡唑及其铕和铽配合物的合成与光谱学研究

以六水合硝酸铽和六水合硝酸铕,3-甲基-1-乙酰基-5-(2-羟基苯基)-4,5-二氢吡唑(HL),1,10-邻菲罗啉和三苯基氧磷(TPPO)合成了TbL₃·2H₂O,TbL₂(phen)·H₂O,TbL₂(TPPO),EuL₃·2H₂O,EuL₂(phen)·2H₂O,EuL₂(TPPO)·2H2O 6个固体配合物。用元素分析,红外光谱,荧光光谱对配合物进行了组分确定和结构表征。IR表明,自由配体HL与稀土离子配位后,位于1644 cm-1处的ν_CC发生移动,相应的ν_CN振动吸收峰降到了1 600 cm-1,结合元素分析等其他表征说明HL和稀土离子发生配位。室温下测定了配合物的荧光激发光谱和发射光谱,激发光谱表明配合物EuL₂(Phen)·2H₂O和TbL₂(Phen)·H₂O的最佳激发波长分别为310和320 nm, 在此激发波长下扫描发射光谱,EuL₂(Phen)·2H₂O和TbL₂(Phen)·H₂O相对荧光强度最强,第二配体phen对Eu3+和Tb3+离子的荧光发射强度有明显的增强作用。     

可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于平面火焰中气体浓度二维分布重建的研究

研究了可调谐半导体激光吸收光谱技术实现气体浓度二维分布测量的方法,探索了重建气体浓度二维分布的模型和算法,并采用数值模拟的方式对重建程序进行了可行性验证。搭建了由24束激光束构成的场参数测量系统,以甲烷/空气预混火焰中H₂O为测量对象,运用重建程序重建了火焰中H₂O浓度的二维分布,实验结果分析表明,重建结果较真实的反应了火焰中H₂O浓度的二维分布状态,为实现优化燃烧控制提供重要数据。     

三价铕荧光络合物与聚乙烯吡咯烷酮复合物研究

为研究稀土荧光络合物与高分子形成的复合物的结构与发光性能间的关系,利用α-噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）和三苯基氧化膦（TPPO）与氯化铕（EuCl₃）分别制备了Eu(TTA)₃·2H₂O和Eu(TTA)₃·(TPPO)₂络合物,及其与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的复合物。采用荧光光谱,红外光谱和透射电镜等方法对复合物进行了表征。荧光光谱测定结果表明Eu(TTA)₃·2H₂O与PVP K30结构单元摩尔比为1∶35的PVP/Eu(TTA)₃·2H₂O复合物的612　nm发射峰的荧光强度较Eu(TTA)₃·2H₂O络合物有显著提高。红外光谱研究表明络合物的Eu3+与PVP分子的羰基之间存在着明显的配位作用,并且存在多种配位方式。透射电镜观察结果表明复合物具有微相分离结构,其中的稀土络合物为无定形结构,这进一步表明PVP与络合物分子间存在相互作用。     

氧氟沙星金属配合物的光谱与抗肿瘤活性

合成了以氧氟沙星为配体的钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)配合物M(ofo)₂·4H₂O(M=Co, Ni; ofo=ofloxacin, Ⅰ),通过元素分析、红外光谱和热分析等方法对配合物的结构进行了表征,钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)分别为中心原子,与氧氟沙星配体3位羧基的一个氧原子和4位酮基氧原子配位,推测了配合物的可能结构,讨论了配合物的荧光光谱性质,利用液体稀释法测定了药物配体和配合物对两种革兰氏阳性菌和两种革兰氏阴性菌的体外抑制活性,采用MTT比色法测定了配体及配合物对HL-60 (人急性早幼粒白血病) 细胞的抑制作用,采用SRB蛋白染色法测定了配体及配合物对BEL-7402(人肝细胞性肝癌)细胞的抑制作用,结果表明配合物与药物配体的抗菌活性和抗菌谱相同,配合物对BEL-7402细胞没有抑制作用,对HL-60 细胞在较高浓度时有一定的抑制作用。     

2-(4-氟代苯甲酰基)苯甲酸-铕配合物的合成、结构表征及荧光性能的研究

以硝酸铕、2-(4-氟代苯甲酰基)苯甲酸(HL)、1,10-菲咯啉(Phen)和三苯基氧膦(TPPO)合成了EuL₃(H₂O)₆,EuL₃Phen(H₂O)₄和EuL₃(TPPO)(H₂O)₅三种固态配合物。用元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱对配合物进行了组分确定和结构表征。IR表明,2-(4-氟代苯甲酰基)苯甲酸与Eu3+形成配合物后,位于1 692 cm-1处羧基的ν_CO峰消失,2 500～3 200 cm-1处羧基的ν_O—H峰也消失,出现了羧酸盐特有的反对称伸缩振动吸收峰(ν_as(CO-₂))和对称伸缩振动吸收峰(ν_s(CO-₂)),且Δν(ν_as(CO-₂)-ν_s(CO-₂))与钠盐的Δν相近,说明羧酸根与Eu3+以对称双齿桥式配位。在1H NMR中,形成配合物后第一配体苯环上的质子峰变为宽峰且移向高场,Phen和TPPO中质子化学位移移向低场。室温下测定了配合物的荧光激发光谱和发射光谱,激发光谱表明配合物EuL₃(H₂O)₆,EuL₃Phen(H₂O)₄和EuL₃(TPPO)(H₂O)₅的最佳激发波长分别为353.0,355.0和357.0 nm;发射光谱均显示Eu3+离子的特征发射光谱,且表明Phen对Eu3+离子的荧光发射有明显增强作用。     

均苯三甲酸铽掺杂(钇、钆)配合物的合成及荧光性质

以均苯三甲酸(H₃BTC)为配体,用水热法合成了系列稀土掺杂发光配合物,通过元素分析,EDTA滴定,红外光谱等确定了其组成为Tb_(1-x)Ln_xBTC·0.5H₂O(Ln=Y,Gd,x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)。研究了配合物的荧光性质。该类配合物均能发出Tb3+的特征荧光,并且不发光的Y3+和Gd3+的掺入使配合物的荧光强度得到了增强,这可能是由于分子内能量传递的结果。Tb3+受到敏化作用而使荧光增强,但发射峰的位置基本上没有发生变化。在Tb3+的4个发射峰中5D₄→7F₅(544nm)处的发射峰强度最强,并在此条件下确定了掺杂离子的最佳掺入量,当Tb3+∶Y3+=0.5∶0.5, Tb3+∶Gd3+=0.3∶0.7时Tb_(1-x)Ln_xBTC·0.5H₂O(Ln=Y,Gd)的荧光强度最强。同时发现在最佳掺入量条件下Gd3+对Tb3+的敏化程度大于Y3+对Tb3+的敏化程度。