海水陰離子的激光拉曼光譜實驗研究.pdf

1、現(xiàn)代海底熱液物質(zhì)的探測與研究，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、實時、連續(xù)探測海底目標物。目前國際上將LRS用于深海作業(yè)仍處于實驗和探索階段。我國“十一五”科技攻關(guān)計劃中作為目標導(dǎo)向類課題“深海原位激光拉曼系統(tǒng)”得到重點立項建設(shè)。本論文即在該課題建設(shè)的背景下，在實驗室通過搭建激光拉曼光譜系統(tǒng)，探測了近海海水激光拉曼光譜；探索研究了海水中常見陰離子硫酸根、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。 本文在實驗室平臺搭建以Nd:YAG激光器的二倍頻532nm為激發(fā)波長，單光柵光譜儀和CCD組成的激光拉曼光譜系統(tǒng)，探測到硫酸根、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稱伸縮振動(v1)：碳酸

3、氫根有兩個峰，頻移位于～1016cm-1和～1364cm-1，分別由碳氧氫鍵伸縮振動(v5)和碳氧鍵對稱伸縮振動(v1)引起。各離子的拉曼特征峰相對強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，這可能是因為混合溶液中碳酸

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拉曼強度比為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強度與硫酸根相差較大。通過對青島近海海水的拉曼光譜探測觀察到了硫酸根的對稱伸縮振動峰(～981cm-1)，未能發(fā)現(xiàn)碳酸根

5、和碳酸氫根的信號。海水在此波段的強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。在對不同溫度溶液的拉曼光譜實驗中發(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；水的伸縮振動峰向高頻方向移動，兩擬合峰的相對強度比也發(fā)生變化。溫度變化促使離子內(nèi)部共價鍵的鍵長增大，鍵角展寬，而鍵能在逐漸減小，說明溫度對離子的結(jié)構(gòu)有一定的影響。同時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