Способ измерения параметров молекулярного взаимодействия в жидкости Советский патент 1987 года по МПК G01N21/65 

Изобретение относится к спектроскопии, в частности к неразрушаю- ,щим,спектральным исследованиям физико-химических свойств веществ, находящихся в конденсированной фазе, и может найти применение в молекулярной физике при измерении средней энергии активации трансляционного прыжка молекул в жидкости - одного из наиболее характерных микропараметров, характеризующих жидкость как агрегатное состояние вещества, и связанных с ним макропараметров, в квантовой химии для определения потенциалов межмолекулярных взаимодействий в жидкости, а также в прикладной ядерной физике при решении вопросов термализации нейтронов в конденсированных водородосодержащих средах.

Цель изобретения - повьшение информативности получаемых результатов. При переходе молекулы из свободного состояния (разреженный газ) в жидкость она теряет свою первоначаль- ную симметрию. Квантовохимической причиной понижения симметрии молекулы, т.е. деформации, является межмолекулярное взаимодействие (ММВ) в области ближнего порядка жидкости, отсутствующее в разреженном газе. Вследствие этого в спектре комбина- ционного рассеяния света (КРС) жидкости становятся активными (индуцируются ММВ) фундаментальные колеба- кия, запрещенные правилами отбора в спектре КРС свободной молекулы (разреженного газа), Полуширина полос невырожденных фундаментальных колебаний, активность которых инду- цирована в спектре КРС жидкости ММВ, определяется в основном средним временем оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия, т„е.

средним временем существования стационарного ближнего окружения молекулы. Среднее время оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия € определяется темперурой жидкости Т и средней энергией активации трансляционного прыжка молекул в жидкости Е: -ехр (Е/КТ), где К - постоянная Больцмана. Вклад в уширение полосы невырожденного фундаментального колебания (в данном случае запрещенного правилами отбора в спектре КРС свободной молекулы, активность которого в спектре КРС .жидкости индуцирована ММВ), не ис

пытывающего уширения за счет снятия вырождения при понижении симметрии, обусловленный второстепенными факторами, например ангармоничностью, незначителен и численно равен половинной полуширине полосы его второго обертона.

Таким образом, среднюю энергию активации трансляционного прыжка молекул в жидкости определяют из хода кривой температурной зависимости

г - - J 2

2

представляю

щего собой уширение полосы невырожденного фундаментального колебания, запрещенного правилами отбора в спектре КРС свободной молекулы, активность которого в спектре КРС жидкости индуцирована ММВ, обусловленное конечным средним временем существования стационарного ближнего окружения молекулы, т.е. конечной средней энергией активации трансляционного молекулы в жидкости. В координатах

In (Г л - - Г -), 1/Т рабо2 2

чая кривая представляет собой прямую линию, по углу наклона которой относительно оси обратной температуры однозначно определяется измеряемая величина средней энергии активации трансляционного прыжка молекул в жидкости.

I

Для измерения среднего времени

оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия в жидкости между двумя прьксками на расстояние порядка межмолекулярного необходимо и достаточно измерить полуширину полосы невырожденного фундаментального колебания запрещенного правилами отбора в спектре КРС свободной

молекулы, активность которого в спектре КРС жидкости индуцирована ММВ, а также полуширину полосы второго обертона этого колебания и на основе измеренных величин по рабочей формуле вь числить среднее время оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия в жидкости между двумя прыжками. При этом точность измерений определяется точностью измеренияполуширин соответствующих полос в спектре КРС жидкости, которая может быть улучшена известными средствами за счет повышения мощности излучения лазера и (или) увеличения времени накопления сигнала в системе фотоэлектронной регистрации спектрометра.

Для реализации предлагаемого способа используют спектрометр комбинационного рассеяния света ДФС-24, работающий в паре с лазером ЛГ-68 (-А 488,0 нм, Р 0,9 Вт, состояние поляризации - линейное).

В качестве исследуемого объекта выбран жидкий бензол - достаточно хорошо и разносторонне изученное вещество, играющее важную роль в органической химии, прикладной ядерной физике и спектрометрии.

Использованы следующие условия работы спектрометра ДФС-24 при регистрации спектра КРС жидкого бензола: спектральная ширина щелей 1 , скорость развертки спектра О, 1 /с, постоянная времени усилителя 3с, чувствительность усилителя - максимальная, напряжение на фотоумножителе 1,76 кВ, фокусное расстояние микрообъектива осветителя 4, температура жидкости в кювете 20+5 С.

Для измерения полупшрин соответствующих полос применяют известную в спектроскопии КРС методику. Сканируют спектр в области измеряемой полосы, измеряют значение ее пиковой интенсивности, а затем измеряют частоты, соответствующие половинному от пикового значения значению интенсивности полосы, при этом полуширина численно равна разности измеренных частот.

За 20 мин с момента включения спектрометра и лазера в спектре КРС жидкого бензола измерена полуширина полосы невырожденного фундаментального колебания

;ig (Bj ) 703,.8 см ) , запрещенного

( 16,0+0,8 правилами отбора в спектре КРС свободной молекулы бензола, активность

Составитель В.Дорофеев Редактор Е.Копча Техред М.Ходанич Корректор М.Самборская

Заказ 377/46 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

o

5

0

которого в спектре КРС жидкого бензола индуцирована ММВ и полуширина полосы его первого обертона 2((А(а)- 1404,1 см (rjOg 4,1+0,09 ) - типы колебаний указаны для группы симметрии свободной молекулы бензола . Подстановка полученных числовых значений в рабочую формулу дает

t (0,76+0,10) .

Аналогичная величина, измеренная известным способом, основана на рассеянии холодных нейтронов исследуемой жидкостью, составляет с (0,2-1,5) с.

Изобретение позволяет за счет измерения указанных параметров упростить и повысить точность измерений и повысить его информативность.

Формула изобретения

Способ измерения параметров молекулярного взаимодействия в жидкости путем облучения жидкости монохроматическим световым излучением и регистрации спектров комбинационного рассеяния света, по которым судят о параметрах межмолекулярного взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности получаемых результатов, измеряют полуширину полосы невырожденного фун- даментального колебания, закрепленного правилами .отбора в спектре комбинационного рассеяния света свободной

молекулы, а также полуширину полосы второго обертона этого колебания и

их зависимость от температуры и на основе измеренных величин определяют среднее время оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия в жидкости и среднюю энергию аквитации трансляционного прыжка молекулы.

Изобретение относится к области прикладной спектроскопии, а именно спектроскопии комбинационного рассеяния света. Целью является повышение информативности получаемых результатов. В спектре комбинационного рассеяния света жидкости измеряют полуши- .рину полосы невьфожденного фундаментального колебания. Измеряют полу- йирину полосы второго обертона этого колебания. На основе измеренных величин вычисляют среднее время оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия в жидкости между двумя прыжками. с $ (Л