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乙醇—水溶液拉曼光谱分析及浓度相关性研究

作　者: 胡宏亮
导　师: 骆晓森
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 乙醇浓度拉曼光谱高斯拟合
分类号: O657.37
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文通过实验检测获取乙醇-水溶液的拉曼光谱,着重研究分析了光谱曲线中与O-H和C-H伸缩振动相关联的谱线结构特点及其与乙醇-水溶液浓度的相关关系。研究工作中,分别提取了拉曼光谱中相应于O-H和C-H两种伸缩振动的谱线数据,依次进行滤波、平滑、和扣除基线等数据处理,并在二阶导数运算和高斯拟合的基础上,进行高斯基元函数分析;还分别提取了相应于O-H和C-H伸缩振动的三个高斯基元峰的峰值、峰位、峰面积和半高宽数据,逐一与溶液的乙醇浓度数值进行线性拟合分析。结果表明：(1)相应于O-H伸缩振动的拉曼光谱由三个高斯基元峰叠加而成；并且,随乙醇浓度的升高,三个高斯基元的中心位置都向高波数移动(蓝移)；(2)相应于C-H伸缩振动的三个高斯基元峰峰位随乙醇浓度的升高而向低波数移动(红移)；(3)在0-100%的乙醇浓度范围内,相应于O-H伸缩振动的第二高斯基元峰的中心位置与乙醇浓度值之间有较好的线性关系,其线性相关系数约为0.9960；(4)在70%～100%的乙醇浓度范围内,相应于O-H伸缩振动第一高斯基元的中心位置与乙醇浓度拟合后的线性相关系数为0.9980。依据这些结果,建立了“乙醇浓度-OH频移关系”等模型,提出了相应的乙醇浓度检测方法；(5)随着乙醇浓度值的变化,相对于纯水O-H伸缩振动的高斯基元的中心位置变化范围比较大,接近80 cm-1,由此关系建立的乙醇浓度检测方法,可以取得较高的检测灵敏度和相对精度。本文研究还显示,相应于O-H伸缩振动的高斯基元中心的“蓝移”,表明随着乙醇浓度的升高,O-H键作用力加强,O-H原子间距减小,伸缩振动频率升高,键能增加；而相应于C-H伸缩振动峰位的“红移”,表明随着乙醇浓度的升高,C-H键作用力减小,C-H原子间距增大,C-H伸缩振动频率降低,键能减小。这些关系,可以为进一步研究乙醇-水溶液的分子结构关系、物理性质和化学性质以及生物学效应,提供有价值的参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8-9
  1.2 乙醇-水溶液的研究状况  9-18
    1.2.1 水分子  9-12
    1.2.2 乙醇分子  12-13
    1.2.3 乙醇-水溶液  13-15
    1.2.4 乙醇-水浓度检测的研究现状  15-18
2 拉曼散射及其原理  18-24
  2.1 拉曼(Raman)散射  18-19
  2.2 Raman散射的原理  19-22
    2.2.1 Raman散射的经典电磁理论解释  19-20
    2.2.2 Raman散射的量子理论解释  20-22
  2.3 拉曼光谱的应用  22-24
    2.3.1 定性检测  22-23
    2.3.2 定量检测  23-24
3 乙醇-水溶液的拉曼光谱实验检测  24-26
  3.1 实验仪器、材料、方法  24
  3.2 乙醇-水溶液2500～3900 cm~(-1)的拉曼光谱  24-26
4 乙醇-水溶液OH伸缩振动的拉曼光谱研究  26-40
  4.1 OH拉曼频移及其与乙醇-水溶液浓度的关系  28-31
  4.2 OH特征谱高斯三峰分解及其与乙醇-水溶液浓度的关系  31-36
    4.2.1 OH伸缩振动三个特征峰峰值与浓度的关系  31-33
    4.2.2 OH伸缩振动三个高斯基元峰峰面积与浓度的关系  33-36
  4.3 OH特征谱高斯单峰拟合及其与乙醇-水溶液浓度的关系  36-39
  4.4 本章小结  39-40
5 乙醇-水溶液CH伸缩振动的拉曼光谱研究  40-48
  5.1 CH_2,CH_3对称伸缩振动特征峰与乙醇-水溶液浓度的关系  43-44
  5.2 CH_2非对称伸缩振动特征峰与乙醇-水溶液的浓度的关系  44-45
  5.3 CH_3非对称伸缩振动特征峰与乙醇-水溶液的浓度的关系  45-47
  5.4 本章小节  47-48
6 总结与展望  48-50
  6.1 总结  48-49
  6.2 展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-54

乙醇—水溶液拉曼光谱分析及浓度相关性研究

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