海水陰離子的激光拉曼光譜實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、現(xiàn)代海底熱液物質(zhì)的探測(cè)與研究，是近幾十年海洋地質(zhì)調(diào)查研究的重要內(nèi)容。激光拉曼光譜(Laser Raman Spectrometry)技術(shù)能夠原位、實(shí)時(shí)、連續(xù)探測(cè)海底目標(biāo)物。目前國(guó)際上將LRS用于深海作業(yè)仍處于實(shí)驗(yàn)和探索階段。我國(guó)“十一五”科技攻關(guān)計(jì)劃中作為目標(biāo)導(dǎo)向類(lèi)課題“深海原位激光拉曼系統(tǒng)”得到重點(diǎn)立項(xiàng)建設(shè)。本論文即在該課題建設(shè)的背景下，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)搭建激光拉曼光譜系統(tǒng)，探測(cè)了近海海水激光拉曼光譜；探索研究了海水中常見(jiàn)陰離子硫酸根、碳

2、酸根、碳酸氫根的拉曼特征峰；得到了各離子的拉曼特征峰與離子濃度及溶液溫度的關(guān)系和變化規(guī)律；采用高斯函數(shù)擬合方法處理多種組分的復(fù)雜拉曼光譜數(shù)據(jù)。為深海環(huán)境下應(yīng)用激光拉曼系統(tǒng)反演物質(zhì)成分提供參考。 本文在實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)搭建以Nd:YAG激光器的二倍頻532nm為激發(fā)波長(zhǎng)，單光柵光譜儀和CCD組成的激光拉曼光譜系統(tǒng)，探測(cè)到硫酸根、碳酸根的拉曼頻移位于～98lcm-1，～1066cm-1，分別歸因于硫氧鍵和碳氧鍵的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)(v1)：碳酸

3、氫根有兩個(gè)峰，頻移位于～1016cm-1和～1364cm-1，分別由碳氧氫鍵伸縮振動(dòng)(v5)和碳氧鍵對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)(v1)引起。各離子的拉曼特征峰相對(duì)強(qiáng)度與溶液濃度在單種溶液內(nèi)保持良好的線性關(guān)系：RSO42-=1.27C·+0.22，相關(guān)系數(shù)：0.998；RCO32-=0.58C+0.21，相關(guān)系數(shù)：0.999；RHCO3-=0.17C+0.16，相關(guān)系數(shù)：0.997，而混合溶液中碳酸根和碳酸氫根線性相關(guān)性變差，這可能是因?yàn)榛旌先芤褐刑妓?/p>

4、氫根的不穩(wěn)定分離出碳酸根造成的。利用混合溶液中離子的光譜擬合數(shù)據(jù)計(jì)算得到硫酸根與碳酸根的散射截面比為2.52(±0.1)，硫酸根與碳酸氫根的散射截面比為3.88(±0.01)，并推算得到海水中離子的相對(duì)拉曼強(qiáng)度比為RSO42-:RHCO3-：RCO32-=28:0.5:0.08，由此可知海水中碳酸根和碳酸氫根的拉曼信號(hào)強(qiáng)度與硫酸根相差較大。通過(guò)對(duì)青島近海海水的拉曼光譜探測(cè)觀察到了硫酸根的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰(～981cm-1)，未能發(fā)現(xiàn)碳酸根

5、和碳酸氫根的信號(hào)。海水在此波段的強(qiáng)背景可能是由于海水中的葉綠素、黃色物質(zhì)等的熒光造成的。在對(duì)不同溫度溶液的拉曼光譜實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，硫酸根、碳酸根和碳酸氫根的拉曼頻移均隨著溫度的增大向低頻方向移動(dòng)；水的伸縮振動(dòng)峰向高頻方向移動(dòng)，兩擬合峰的相對(duì)強(qiáng)度比也發(fā)生變化。溫度變化促使離子內(nèi)部共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)增大，鍵角展寬，而鍵能在逐漸減小，說(shuō)明溫度對(duì)離子的結(jié)構(gòu)有一定的影響。同時(shí)水分子隨溫度變化的拉曼光譜表明，水分子之間的氫鍵作用隨溫度的升高而減弱；溶液中的陰