Механизмы активации многопузырьковой сонолюминесценции в жидкостях с участием кислород- и серусодержащих эмиттеров

• Автор: Абдрахманов, Айрат Маратович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор. Современные представления о сонолюминесценции и методах её активации

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Очистка растворителей и реактивов

2.2. Оборудование для регистрации различных видов люминесценции

2.3. Методика измерения ультразвуковой мощности в жидкости

2.4. Методика измерения спектров поглощения и энергетического выхода люминесценции

2.5. Хромато-масс-спектральный анализ

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Выбор объектов исследования

3.2. Сонохемилюминесценция ксилола

3.3. Сонолиз растворов адамантилиденаладамантан-1,2-диоксетана

3.4. Многопузырьковая сонолюминесценция растворов серной кислоты
3.5. Многопузырьковая сонолюминесценция растворов диоксида серы
3.6. Многопузырьковая и многокластерная сонолюминесценция растворов неорганических кислот
3.7. Сонолюминесценция расплава нафталина
3.8. Сонолюминесценция расплава элементной серы
Выводы
Литература

Актуальность темы. К настоящему времени из основных видов свечения жидкостей, возникающего в них под действием различных физикохимических факторов (фото-, радио-, хеми- и сонолюминесценции), только сонолюминесценция (СЛ) не нашла широкого применения. Это связано в первую очередь с тем, что процессы возбуждения и излучательной дезактивации, протекающие при сонолизе в гетерогенной пузырьковой среде, весьма сложны, трудны для экспериментального изучения и, несмотря на длительную историю исследований, механизм сонолюминесценции выяснен только в основных чертах (свечение возникает в газовой фазе пульсирующих при акустическом воздействии кавитационных пузырьков, разогретой до достаточно высокой температуры). Детальная картина процессов, приводящих к излучению фотонов, до сих пор не установлена. Другой причиной, мешающей применению СЛ, например, для аналитических целей, является низкий коэффициент преобразования энергии звука в свет в изученных сонолюмйнес-центных системах и, как следствие, малая интенсивность свечения. Кроме того, основная масса работ по СЛ посвящена изучению одной жидкости - воды. Несмотря на то, что в последнее время достигнуты значительные успехи в исследовании многопузырьковой и однопузырьковой сонолюминесценции воды и водных растворов некоторых веществ, остается малоизученной областью СЛ органических неводных жидкостей, в частности, возможная роль хемилюминесцентных окислительных реакций углеводородов, происходящих при сонолизе, а также СЛ в расплавах соединений, представляющих собой в обычных условиях твердые вещества. Поэтому является актуальным поиск путей повышения интенсивности СЛ, новых эффективных эмиттеров и ярких сонолюминесцентных водных и неводных систем, в том числе, расплавов.
Цель работы состояла в установлении механизмов многопузырьксвой сонолюминесценции ряда модельных систем, характеризующихся высокой интенсивностью свечения и содержащих в качестве активаторов кислород

серусодержащие соединения: ксилола, насыщенного кислородом, водных растворов диоксида серы и серной кислоты, расплава элементной серы.
Задачами исследования являлись: выявление вклада в СЛ хемшноми-несцентных окислительных реакций в растворах ароматических углеводородов, насыщенных кислородом, установление возможности активации свечения за счет добавления или появления при сонолизе растворителя эффективного эмиттера - летучего газообразного вещества, изучение спектрально-яркостных характеристик и механизма СЛ в расплавах при высоких температурах.
Научная новизна.
- Найдено, что свечение органических ароматических растворителей при облучении ультразвуком в присутствии кислорода обусловлено хемилюминесцентными реакциями окисления. При многопузырьковом сонолизе ксилола эмиттерами сонохемилюминесценции в газовой фазе пузырьков и в объеме раствора являются метилбензальдегид и синглетный кислород.
- Предложен эффективный активатор многопузырьковой сонолюминесценции воды и водных растворов - диоксид серы, возбужденные молекулы которого обладают высокими квантовыми выходами флуоресценции и фосфоресценции.
- Обнаружена яркая многопузырьковая сонолюминесценция 16-ти молярного раствора серной кислоты, насыщенного аргоном, интенсивность которой в 700 раз выше интенсивности СЛ воды, насыщенной воздухом.
- Установлено, что рост интенсивности С Л растворов серной ки-

слоты с увеличением её концентрации связан с образованием при сонолизе диоксида серы, активирующего свечение. Предложен механизм сонолиза и сонолюминесценции серной кислоты.

В таблице 1: 1сл - интенсивность СЛ образцов без предварительной продувки газами, 1сл (Аг) - интенсивность СЛ образцов, насыщенных аргоном, 1Сл (Ог) - интенсивность СЛ образцов, насыщенных кислородом, 1хл ~ начальная интенсивность остаточной хемилюминесценции, наблюдаемой после прекращения сонолиза образцов. СЛ жидкостей регистрировалась при комнатной температуре, для расплава нафталина при 110°С, для расплава серы -130°С. Интенсивности жидкостей даны в сравнении с интенсивностью МПСЛ воды, насыщенной воздухом, принятой за 100 ед.
Как видно из таблицы, наиболее интересными объектами для изучения оказались ароматические растворители и расплав нафталина, т.к. интенсивность их СЛ значительно возрастала при насыщении кислородом; серная кислота, обладающая интенсивной СЛ по сравнения с другими жидкостями; а так же расплав серы, обладающий интенсивной СЛ при температурах, значительно выше комнатных, при которых в большинстве жидкостей СЛ не наблюдается.