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1、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,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 Graphs of the water molecules # 20 455 Raman Spectroscopy of Water clusters # 19 0 Raman Spectroscopy of Water clusters
2、(Chinese) # 18 137 Raman Spectroscopy of Water clusters # 14 5,546 Raman spectra of water # 5 30,020 Water clusters,SCI 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InVi
3、a,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
4、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.
5、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
6、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
7、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,
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