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硫酸铵水溶液的超额拉曼光谱研究

Excess Raman Spectroscopy of Ammonium Sulfate Aqueous Solution

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摘要

利用拉曼光谱与超额拉曼光谱研究室温下不同质量分数的(NH4)2SO4水溶液中氢键网络结构的变化,以及离子缔合情况;研究2800~4000 cm-1处的O-H伸缩振动区间以及940~1020 cm-1处的SO42-全对称伸缩振动区间的拉曼光谱,对拉曼数据进行分峰处理,并对超额拉曼光谱的正、负峰积分面积进行分析。结果表明:质量分数12.00%是溶液中氢键结构以及离子缔合情况发生较大变化的转折点;当质量分数大于12.00%后,溶液中DDA型和DAA型氢键结构增多,DDAA型、DA型氢键结构与自由OH型氢键结构减少,并且溶液中离子对的存在情况也发生了变化,NH4+与SO42-形成了接触离子对。

Abstract

The changes of hydrogen bond structures and the ion association of (NH4)2SO4 aqueous solution with different mass fractions at room temperature are investigated by Raman spectroscopy and excess Raman spectroscopy. The stretching vibration interval of O-H at 2800-4000 cm-1 and holosymmetric stretching vibration interval of SO42- at 940-1020 cm-1 are studied. The peak splitting of Raman data are handled, and positive and negative peaks integral areas of excess Raman spectra are analyzed. The results show that the mass fraction of 12.00% is the turning point of the hydrogen bond structures and the ion association in the solution. When the mass fraction is greater than 12.00%, the hydrogen bond structures of DDA type and DAA type increase, and the hydrogen bond structures of DDAA type and DA type as well as free OH decrease. The existence of ion pairs changes in the solution and NH4+ forms contact ion pairs with SO42-.

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补充资料

中图分类号:O657.37

DOI:10.3788/aos201838.0630002

所属栏目:光谱学

基金项目:国家科技支撑计划(2015BAB09B00)、国家重点研发计划(2016YFB0600500)、中国博士后科学基金(2017M611142)、河北省科技计划(16273602D,17273101D)、河北省自然科学基金(B2017202246)、福建省科技计划(2017Y4014)、福建省海洋高新产业发展专项(闽海洋高新[2015]13号)、福建省产业技术联合创新项目(闽发改投资[2015]489号)

收稿日期:2017-12-06

修改稿日期:2018-01-07

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

庄欣明:河北工业大学化工学院, 天津 300130河北工业大学海洋科学与工程学院海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心, 天津 300130
李申予:河北工业大学海洋科学与工程学院, 天津 300130河北工业大学海洋科学与工程学院海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心, 天津 300130
李非:河北工业大学海洋科学与工程学院, 天津 300130河北工业大学海洋科学与工程学院海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心, 天津 300130
袁俊生:河北工业大学海洋科学与工程学院, 天津 300130河北工业大学海洋科学与工程学院海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心, 天津 300130泉州师范学院化工与材料学院, 福建 泉州 362000

联系人作者:袁俊生(jsyuan2012@126.com)

备注:庄欣明(1991-),男,硕士研究生,主要从事溶液结构方面的研究。E-mail: zhuangxinm@163.com

【1】Fang C H. Prospect and research progress in structure of aqueous electrolyte solutions[J]. Progress in Chemistry, 1996, 8(4): 318-329.
房春晖. 电解质水溶液结构研究进展及前景[J]. 化学进展, 1996, 8(4): 318-329.

【2】Zhang Y J, Cremer P S. Chemistry of Hofmeister anions and osmolytes[J]. Annual Review of Physical Chemistry, 2010, 61: 63-83.

【3】Ferreira L A, Uversky V N, Zaslavsky B Y. Effects of the Hofmeister series of sodium salts on the solvent properties of water[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017, 19(7): 5254-5261.

【4】Li F, Han Z, Li D C, et al. Preliminary study on the microstructure of aqueous solution by laboratory θ-2θ X-ray diffractometer[J]. Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2014, 33(9): 1072-1076.
李非, 韩镇, 李栋婵, 等. θ-2θ型X射线衍射仪测定水溶液的结构[J]. 分析试验室, 2014, 33(9): 1072-1076.

【5】Yuan J S, Liu Z Y, Li F, et al. Study of the hydrated structure of KCl and NaCl mixed solutions using X-ray diffraction and Raman spectroscopy[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(5): 1143-1150.
袁俊生, 刘子禹, 李非, 等. 利用X射线衍射和拉曼光谱法对KCl和NaCl混合溶液微观结构的研究[J]. 物理化学学报, 2016, 32(5): 1143-1150.

【6】Sun S, Cai T D, Liu Y, et al. Research on Raman spectral characteristics and mechanism of ammonium sulfate solution[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(3): 0330004.
孙松, 蔡廷栋, 刘莹, 等. 硫酸铵溶液的拉曼光谱特征及其产生机理研究[J]. 光学学报, 2014, 34(3): 0330004.

【7】Fang X Q, Peng Y K, Li Y Y, et al. Rapid and quantitative detection method of sodium benzoate in carbonated beverage based on surface-enhanced Raman spectroscopy[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(9): 0930001.
房晓倩, 彭彦昆, 李永玉, 等. 基于表面增强拉曼光谱快速定量检测碳酸饮料中苯甲酸钠的方法[J]. 光学学报, 2017, 37(9): 0930001.

【8】Harsa'nyi I, Temleitner L, Beuneu B, et al. Neutron and X-ray diffraction measurements on highly concentrated aqueous LiCl solutions[J]. Journal of Molecular Liquids, 2012, 165: 94-100.

【9】Bush M F, Saykally R J, Williams E R. Evidence for water rings in the hexahydrated sulfate dianion from IR spectroscopy[J]. Journal of the American Chemical Society, 2007, 129(8): 2220-2221.

【10】Fu B, Hu Y X, Liu R, et al. Near-infrared measurement with medium concentration sample as reference[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(2): 0230003.
傅博, 胡永翔, 刘蓉, 等. 基于中等浓度样品参考测量的近红外光谱检测方法[J]. 光学学报, 2016, 36(2): 0230003.

【11】Gabuda S P, Kozlova S G, Kompankov N B, et al. Molecular distribution at the interface in an aqueous triethylamine solution: 1H NMR[J]. Journal of Structural Chemistry, 2017, 58(5): 926-929.

【12】Gupta R, Chandra A. An ab initio molecular dynamics study of diffusion, orientational relaxation and hydrogen bond dynamics in acetone-water mixtures[J]. Journal of Molecular Liquids, 2012, 165(1): 1-6.

【13】Rasaiah J C, Lynden-Bell R M. Computer simulation studies of the structure and dynamics of ions and non-polar solutes in water[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2001, 359(1785): 1545-1574.

【14】Wang Q Q, Sun Q. The quantitative analysis of Raman spectroscopy to sulfate ion in aqueous solution[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2016, 36(2): 430-435.
王乾乾, 孙樯. 水溶液中硫酸根离子的拉曼光谱定量分析[J]. 光谱学与光谱分析, 2016, 36(2): 430-435.

【15】Maeda Y, Tsukida N, Kitano H, et al. Raman spectroscopic study of water in aqueous polymer solutions[J]. Journal of Physical Chemistry, 1993, 97(51): 13903-13906.

【16】Tian F, Zheng H F, Sun Q. Raman spectroscopic study on the determination of SO42- concentration in aqueous solution under high temperature and pressure[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2015, 35(4): 924-928.
田锋, 郑海飞, 孙樯. 高温高压下水溶液中硫酸根离子浓度的拉曼光谱定量测定研究[J]. 光谱学与光学分析, 2015, 35(4): 924-928.

【17】Li F. Study on the structure of potassium salt aqueous solutions[D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2015.
李非. 钾盐水溶液结构研究[D]. 天津: 河北工业大学, 2015.

【18】Yu X C, Lin K, Hu N Y, et al. Effects of salts on the microstructure of methanol[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2010, 26(9): 2473-2480.
余小春, 林珂, 胡乃银, 等. 盐对甲醇微观结构的影响[J]. 物理化学学报, 2010, 26(9): 2473-2480.

【19】Wang C C, Lin K, Hu N Y, et al. Ion pairs in aqueous magnesium nitrate solution by excess Raman spectroscopy[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(8): 1823-1829.
王陈琛, 林珂, 胡乃银, 等. 利用超额拉曼光谱研究硝酸镁水溶液中的离子对[J]. 物理化学学报, 2012, 28(8): 1823-1829.

【20】Sun Q. Local statistical interpretation for water structure[J]. Chemical Physics Letters, 2013, 568/569(5): 90-94.

【21】Li S Y, Yuan J S, Li F, et al. Local structures and the dissolving behavior of aqueous ammonia and its KCl and NH4Cl solutions: a Raman spectroscopy and X-ray scattering study[J]. Spectrochimica Acta Part A, 2016, 162: 27-35.

引用该论文

Zhuang Xinming,Li Shenyu,Li Fei,Yuan Junsheng. Excess Raman Spectroscopy of Ammonium Sulfate Aqueous Solution[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(6): 0630002

庄欣明,李申予,李非,袁俊生. 硫酸铵水溶液的超额拉曼光谱研究[J]. 光学学报, 2018, 38(6): 0630002

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