Лазерная спектроскопия спин-изомерных молекул воды

• Автор: Капралов, Павел Олегович
• Шифр специальности: 01.04.03, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Проблема разделения воды на спиновые изомеры.

Обзор литературы.

1.1. Спиновая изомерия молекулы воды. Штаркэффект

1.2. Поглощательная спектроскопия водяного пара

1.3. Проблема разделения воды на спиновые орто и пара изомеры 1.4. Вода в сорбционных процессах

1.5. Постановка задачи

Глава 2. Диоднолазерная спектрометрия ОПотношения водяного пара

2.1. Описание установки. Конструкция спектрометра

2.2. Запись и обработка спектров

2.3. Структура интерфейса программы
2.4. Количественная молекулярная спектроскопия на основе ДЛ
Глава 3. Нарушение нормального оргопара отношения в процессах динамической сорбции
3.1. Сорбционные эксперименты
3.2. ОПнарушение в модели динамической сорбции
3.3. Модель задержанного межфазного массообмена
3.4. Модель штарковской ортопара сортировки
3.5. Проверка гипотезы об адсорбционной сортировке молекул по вращательным состояниям
Заключение и выводы
Литература


По логике, орто и пара вода должны иметь разные магнитные свойства, по этой причине они могут существенно по-разному формировать сигнал в ЯМР-томографии; происходящие с участием водных молекул химические реакции могут отличаться по скоростям в зависимости от ортопара состава реагентов; возможно, что асимметрия природы относительно количеств орто и пара воды (3:1) лежит в основе хиральной асимметрии биологических молекул. Перечисленные вопросы исследованиями еще не тронуты. Цели диссертационной работы: 1) разработка спектрального метода измерения в реальном масштабе времени ОП-отношения в водяном паре, 2) поиск эффектов нарушения нормального ОП-отношения 3:1 при контакте пара с адсорбентами, 3) разработка феноменологических моделей адсорбционного ОП-раэделения. ОП-отношения; 4) модели взаимодействия водяного пара с адсорбентом и механизмов сортировки молекул воды по спиновым состояниям в микропорах. Все полученные в диссертации результаты - в отношении экспериментальной техники, измерительных методик, наблюдаемых явлений и их интерпретации - являются новыми. Практическая значимость выполненной работы состоит в возможности использовать созданную технику и результаты экспериментов в качестве отправных для организации масштабных исследований по изучению сиин-изомерных свойств молекул. Автору принадлежит полностью разработка и аппаратурное включение в эксперимент лабораторного ДЛ-спектрометра. Автором лично выполнены адсорбционные эксперименты представленной работы, проведена обработка результатов измерений, и в коллективе соавторов, представленных вместе с П. О. Капраловым в публикациях, выработана модель адсорбционного разделения водяного пара на орто и пара компоненты. ДЛС (Москва ), и -й школах-семинарах «Волновые явления в неоднородных средах» и «Волны-» (Москва , ), 1-й Всероссийской конференции «Методы исследования состава и структуры функциональных материалов» (Новосибирск, ), 8-й Международной конференции «Взаимодействие электромагнитных волн с водой и водосодержащими средами» (ISEMA ), Эспоо , и прошли апробацию на семинарах Института общей физики им. А.М. Прохорова в - гг. NTST Adventure N Европейской комиссии (Турин , Москва ). Журнальные публикации по теме диссертации представлены ссылками , ,- и в списке литературы. Диссертация изложена в трех главах на 0 страницах. ГЛАВА 1. Проблема разделения воды на спиновые изомеры. Обзор литературы. Спиновая изомерия молекулы воды. Штарк-эффект. Молекула воды описана во множестве книг, обзоров и статей, например, в наиболее объемных трудах [7-]. Типичное её изображение и параметры представлены на Рис. Таблице 1. Молекула содержит электронов, 8 из которых приходят от кислорода, и по одному - от атомов водорода. Два внутренних электрона 1з-оболочки кислорода в образовании химических связей не участвуют. Четыре из 8 внешних электронов образуют ковалентную связь кислорода с двумя атомами водорода. Еще четыре электрона (так называемые, неподеленные электроны) группируются в две пары, которые, сдвигаясь относительно кислородного ядра, удаляются от протонов и образуют с последними тетраэдрическую конструкцию. Образовавшаяся четырехугольная конфигурация зарядов обладает отличными от нуля дипольным и квадрупольным моментами. В атомном представлении молекула Н имеет хорошо известную нелинейную форму. Входящие в состав молекулы воды два протона идентичны, и это сообщает молекуле свойство спиновой изомерии. Обычно изомерами называют вещества, имеющие одинаковый химический состав и молекулярную массу, но отличающиеся по химическим и физическим свойствам. Свойство изомерии особенно хорошо известно в отношении органических соединений, два примера приведены на Рис. Спиновая изомерия известна в гораздо меньшей степени. Молекула воды в своих спин-изомерных состояниях показана на Рис 1. Из квантовой механики известно, что симметричные молекулы, обладающие двумя или более идентичными ядрами с неравными нулю ядерными спинами, существуют в природе в виде спиновых модификаций (спиновых изомеров), различающихся величиной суммарного ядерного спина [1]. Рис. Таблица 1. Параметры изолированной молекулы воды. Дипольный момент 6,. Кл. Средняя поляризуемость 1,4. Рис. Рис. Рис.