拉曼光谱仪探究超声波对水分子团簇结构的影响

拉 曼 光 谱 仪 探 究 超 声 波 对 水分 子 团 簇 结 构 的 影 响 科 学 研 究 的 一 般 工 作 流 程 检 索 相 关 的 研 究 分 析 现 有 的 研 究 发 现 问 题 提 出 假 说 制 订 试 验 方 案 定 义 试 验 步 骤 试 验 数 据 汇 总 数 据 可 视 化 数 据 验 证 调 整 试 验 重 新 校 验 假 说 写 作 研 究 论 文 发 表 研 究 论 文 发 现 问 题 试 验 数 据 分 析 发 现 实 验 前 期 可 行 性 的 论 证发 展 现 状 的 调 查 （ SCI数 据 库 检 ） 使 用 SCI 调 查 项 目 发 展 现 状 # 21 3 Ultrasonic G raphs of the water molecules# 20 455 Raman Spectroscopy of Water clusters# 19 0 Raman Spectroscopy of Water clusters（ Chinese）# 18 137 Raman Spectroscopy of Water clusters# 14 5,546 Raman spectra of water# 5 30,020 Water clustersSCI 数 据 库 检 索 分 析 报 告 21 数 量 3篇 超 声 波 图 中 的 水 分 子 20 数 量 455篇 拉 曼 光 谱 研 究 水 分 子 团 簇 19 数 量 0 拉 曼 篇 光 谱 研 究 水 分 子 团 簇 （ 中 国 ） 18 数 量 137篇 拉 曼 光 谱 研 究 水 分 子 团 簇 14 数 量 5,546篇 水 的 拉 曼 光 谱 5 数 量 30， 020篇 水 分 子 团 簇 拉 曼 光 谱 仪 薛 晨 阳 老 师 在 使 用拉 曼 光 谱 仪国 际 最 先 进雷 尼 绍激 光 拉 曼 拉 曼 光 谱 仪型 号 InVia 实 验 的 出 发 点 它 们 的 水 分 子 团 簇 有 什 么 区 别？ 实 验 进 展 实 验 已 于 3月 10日 在 电 子 测 试 重 点 实 验 展 开 现 已 得 到 ： 室 温 下 的 小 分 子 团 水 、 中 分 子 团 水 、 大 分 子 团 水 超 纯 水 经 过 超 声 波 处 理 后 的 超 纯 水 V/cm-1 昆 仑 山 矿 泉 水 （ 小 分 子 团 水 ）Intenty 自 来 水 （ 大 分 子 团 水 ） 冰 露 （ 中 分 子 团 水 ） 室 温 下 未 经 处 理 的 超 纯 水 电 阻 率 18.25Mcm 超 声 波 处 理 后 处 理 时 间 10min 从 实 验 中 得 到 的 结 论 从 横 坐 标 看 ， 优 质 天 然 小 分 子 团 水 的 特 征 峰 3300-3400cm-1之 间 ， 冰 露 为 3400-3500 cm-1， 普 通 自 来 水的 特 征 峰 达 到 了 5000 cm-1， 有 十 分 明 显 的 差 异 。 从 纵 坐 标 看 ， 昆 仑 山 矿 泉 水 的 拉 曼 光 谱 强 度 为 137， 而冰 露 为 252， 自 来 水 为 362， 根 据 分 子 光 谱 学 理 论 以 及Walranfen给 出 的 水 分 子 缔 合 的 光 谱 数 据 , 拉 曼 光 谱 强度 正 比 于 同 类 分 子 的 数 目 的 结 论 。 可 以 得 出 它 们 的 水分 子 团 簇 依 次 增 大 。 自 来 水 的 水 分 子 团 簇 中 水 分 子 的个 数 约 为 昆 仑 山 矿 泉 水 的 2.64倍 。 有 着 十 分 明 显 的 差异 。 超 声 波 处 理 后 的 效 果超 纯 水未 处 理 时 ： 纵 坐 标 光 强 为 450超 声 处 理 后 ： 纵 坐 标 光 强 为 130根 据 拉 曼 光 谱 强 度 正 比 于 同 类 分 子 的 数 目结 论 ： 超 声 波 使 水 分 子 团 簇 变 小 ， 效 果 十 分 明 显 。 处 理 后 的 水 分 子 图 簇 中 水 分 子数 减 少 了 71% 国 内 外 研 究 现 状 目 前 ， 改 变 水 分 子 团 簇 结 构 的 方 法 ：1.外 加 磁 场 法 、2.外 加 电 场 法 、3.激 光 辐 射 法4.直 接 加 热 法 等 。 这 些 方 法 均 取 得 一 定 进 展 ， 但 是 均 存 在 能 耗 高、 处 理 工 艺 复 杂 、 效 果 不 好 等 缺 点 ， 不 利 于 处理 大 量 的 水 ， 不 利 于 大 面 积 推 广 。 本 项 目 创 新 之 处 针 对 目 前 改 变 水 分 子 团 簇 结 构 方 法 存 在的 缺 点 与 不 足 ， 提 出 一 种 新 的 可 行 的 方法 ， 超 声 波 处 理 法 。 当 前 ， 超 声 波 处 理 法 主 要 用 于 环 保 领 域中 对 污 水 的 处 理 ,其 目 的 是 去 除 水 中 的 有机 物 ， 而 超 声 波 对 水 分 子 簇 结 构 影 响 的研 究 却 几 乎 未 涉 及 到 。 方 案 可 行 性 分 析 超 声 波 的 空 化 效 应 ， 超 声 波 通 过 液 体 介 质 向 四周 传 播 , 当 声 能 足 够 高 时 , 在 疏 松 的 半 周 期 内, 液 相 分 子 间 的 吸 引 力 被 打 破 , 形 成 空 化 核 。空 化 核 的 寿 命 约 为 0.1us, 它 在 爆 炸 的 瞬 间 可以 产 生 大 约 4 000 K 和 100 MPa 的 局 部 高 温 高压 环 境 ,并 产 生 速 度 约 110 m/s的 具 有 强 烈 冲 击力 的 微 射 流 。 然 后 该 热 点 随 之 冷 却 , 冷 却 率109 K/s, 并 在 液 体 中 伴 有 强 大 的 冲 击 波 , 这些 条 件 足 以 使 水 分 子 簇 在 空 化 气 泡 内 发 生 氢 键断 裂 ， 从 而 达 到 减 小 水 分 子 簇 的 目 的 。 实 施 思 路 ： 用 不 同 频 率 和 声 强 的 超 声 波 对 水 样 品（ 高 纯 水 ） 进 行 处 理 。 分 别 用 拉 曼 光 谱 仪 获 取 处 理 后 水 样 的 拉 曼 光 谱 图 。 对 拉 曼 光 图 谱 进 行 分 析 ， 得 出 超 声 频率 、 声 强 与 水 分 子 团 簇 个 数 之 间 的 定 性关 系 。 项 目 先 进 性 及 创 新 之 处 1.通 过 超 声 的 空 化 效 应 ， 破 坏 水 分 子 间 作 用 力最 强 的 氢 键 ， 从 而 使 水 分 子 团 簇 结 构 变 小 。 2.根 据 分 子 光 谱 学 理 论 以 及 Walranfen给 出 的水 分 子 缔 合 的 光 谱 数 据 , 拉 曼 光 谱 强 度 正 比 于同 类 分 子 的 数 目 的 结 论 ， 采 用 国 际 最 先 进 的 、国 内 分 辨 率 最 高 （ 最 小 移 动 步 长 为 0.1um） 的英 国 Renishaw 拉 曼 激 光 仪 检 测 超 声 处 理 后 的水 ， 得 到 拉 曼 光 谱 图 。 使 用 Origin V8.0软 件对 数 据 进 行 分 析 、 处 理 ， 用 拉 曼 光 谱 强 度 定 性地 分 析 水 分 子 团 簇 的 大 小 的 改 变 。 3.通 过 核 磁 共 振 半 高 幅 宽 表 征 液 态水 分 子 团 簇 结 构 的 平 均 相 对 大 小 。 建 立水 的 拉 曼 光 谱 图 中 光 谱 强 度 与 核 磁共 振 半 高 幅 宽 之 间 的 关 系 。 4.通 过 对 拉 曼 光 谱 图 光 谱 峰 强 、 核 磁 共振 半 高 幅 宽 的 分 析 ， 获 得 最 佳 处 理 效 果的 超 声 波 频 率 和 声 强 。 预 期 效 果 1.获 得 超 声 频 率 、 声 强 与 水 分 子 团 簇 个数 之 间 的 定 性 关 系 2.建 立 水 拉 曼 光 谱 图 中 光 谱 强 度 与 核 磁 共 振 半 高 幅 宽 之 间 的 关 系 。 3.争 取 申 请 专 利 一 项 ， 在 核 心 期 刊 发 表论 文 一 篇 去 北 京 大 学 做 核 磁 共 振 实 验 1.建 立 水 拉 曼 光 谱 图 中 光 谱 强 度 与 核 磁 共 振 半 高 幅 宽 之 间 的 关 系 。 2.定 量 的 分 析 超 声 处 理 后 水 分 子 团 簇 中水 分 子 的 个 数下 一 步 的 计 划 在 科 学 的 道 路 上 ， 是 没 有 平坦 的 大 路 可 走 的 ， 只 有 那 些在 崎 岖 小 路 上 攀 登 且 不 畏 艰苦 劳 累 的 人 们 ， 才 有 希 望 到达 光 辉 的 顶 点 。 马 克 思