Фурье-спектроскопия этилена в макро- и нанообъемах в ближней ИК-области

• Автор: Солодов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Состояние исследований молекулы этилена в газовой фазе

1.1. Этилен в атмосфере Земли

1.2. Применение этилена и его свойства

1.3. Строение молекулы этилена с точки зрения спектроскопии

1.4. Общее состояние исследований спектров поглощения этилена. Данные о спектрах

поглощения этилена в ШТИЛИ

1.5. Состояние исследований спектров поглощения этилена около 4500 и 6000 см'1

Основные результаты главы

Глава 2. Исследование спектров поглощение этилена в газовой фазе в ближнем ИК-диапазоне методом Фурье-спектроскопии
2.1. Особенности метода Фурье-спектроскопии
2.2 Экспериментальная установка
2.3. Измерение спектров поглощения этилена методом Фурье-спектроскопии. Методика эксперимента
2.3.1. Измерение спектров поглощения этилена в диапазоне 4400 - 4650 см'
2.3.2. Измерение спектров поглощения этилена в диапазоне 5700 - 6300 см'
2.4. Предварительная обработка спектров поглощения этилена в ближней ИК-области
2.5. Теоретический анализ спектров поглощения этилена в ближней ИК-области
2.6. Применение измеренных спектров этилена для восстановления концентрации метана
в атмосфере
Основные результаты главы
Глава 3. Исследование спектров поглощения этилена в нанопорах в ближней ИК-
области
3.1. Специфика трансформации спектров поглощения газов в нанообъемах
3.2. Изготовление аэрогелей из диоксида кремния
3.3. Исследование спектров поглощения этилена, . адсорбированного поверхностью
нанопор аэрогелей различной плотности
3.3.1. Методика эксперимента
3.3.2. Анализ полученных результатов
3.4 Исследование спектров поглощения газовой фазы этилена и водяного пара внутри
объема нанопор
Основные результаты главы
Заключение
Литература
Приложение
Приложение
Введение
Актуальность

Этилен — молекула, присутствующая в атмосфере Земли, планет-гигантов, таких как Юпитер, Сатурн и Нептун, в атмосфере Титана, а также в межзвездных облаках [1-8]. Концентрация этилена в земной атмосфере меняется от 0.02 до 200 ppb [9]. Эмиссия этилена в атмосферу может быть приблизительно оценена как 18-45 миллионов тонн в год, из которых 74% продуцируются источниками натурального происхождения и 26% антропогенными. Большая его часть удаляется из атмосферы за счет химических реакций с ОН радикалами и озоном [10]. Этилен оказывает большое влияние на растения -регулирует их рост, активирует созревание плодов, вызывает старение листьев и цветов, опадение листьев и плодов, участвует в ответе растений на различные стрессовые факторы [И]. Данный газ также широко используется в промышленности для производства полиэтилена, пластмасс,'спиртов, растворителей [12]. Спектры поглощения этилена перекрываются со спектрами поглощения метала и другими атмосферными парниковыми газами, поэтому при определении их концентрации необходимого учитывать поглощение, вызываемое этиленом, присутствующим в атмосфере [13]. Наиболее сильный вклад в атмосферное поглощение он дает при лесных пожарах, так как в стрессовых ситуациях растения испускают большое количество данного газа. В результате, ошибка определения метана в таких условиях может достигать 30% [14-16].
Для решения широкого круга задач атмосферной оптики и молекулярной спектроскопии необходимо иметь информацию о спектрах поглощения этилена в широком спектральном диапазоне. На данный момент в спектроскопических базах данных спектры поглощения этилена представлены в диапазоне 700-3300 см'1, хорошо изучены только основные полосы поглощения [17]. Однако, для исследования процессов внугри-и межмолекулярных взаимодействий, которые наиболее сильно проявляются в высокочастотной области необходимо иметь информацию об обертонных и
2.3 Измерение спектров поглощения этилена методом Фурье-спектроскопии. Методика эксперимента.
2.3.1 Измерение спектров поглощения этилена в диапазоне 4400 - 4650 см'
Для проведения измерений спектров поглощения с высокой точностью необходимо подобрать экспериментальные условия так, чтобы влияние шумов на уровень сигнала, приходящего на приемник, было минимальным. Для этого необходимо, чтобы исследуемый диапазон попадал в область высокой интенсивности излучения источника, пропускания светоделителя и чувствительности приемника. Нами была выбрана галогеновая лампа Osram мощностью 50 Вт в качестве источника излучения, светоделитель из CaFj. и приемник излучения на основе InSb, охлаждаемый жидким азотом. Работай диапазон частот выбранных компонентов приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.
Рабочий диапазон компонентов Фурье-спектрометра
Конпоненты Фурье-спектрометра Рабочий диапазон частот (см'1)
Галогеновая лампа Osram 18000-2
Светоделитель из CaF2 14000- 1
Приемник излучения на основе InSb 9600- 1
В измерениях использовалась многопроходная вакуумная кювета Thermo Electron с окнами из BaF2. Внутренние зеркала кюветы с золотым покрытием, расположенные по системе Уайта, обеспечивали длин)' оптического пути 10 м, в то время как сама база кюветы составляла 20 см. Кювета устанавливалась на пути луча внутри кюветного