Способ определения потенциала ионизации молекул полициклических ароматических углеводородов



Способ определения потенциала ионизации молекул полициклических ароматических углеводородов

Владельцы патента RU 2621470:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения потенциалов ионизации молекул полициклических ароматических углеводородов. Способ включает в себя регистрацию спектров поглощения в химически чистых растворах образцов в ультрафиолетовой и видимой области. Потенциал ионизации определяется по относительному эмпирическому автокорреляционному параметру μ, представляющему собой отношение автокорреляционных функций, вычисленных по электронному спектру. Потенциал ионизации определяется по формуле: ПИ=6,0516+1,57*μ, где - относительный эмпирический автокорреляционный параметр, - интеграл автокорреляционной функции в УФ-области, - интеграл автокорреляционной функции в УФ и видимой областях спектра. Технический результат заключается в обеспечении возможности исследования сложных молекулярных, многокомпонентных и метастабильных веществ. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам определение потенциалов ионизации молекул полициклических ароматических соединений.

Потенциалы ионизации (ПИ) и сродство к электрону (СЭ) молекул являются важными физическими характеристиками, отражающими электронное строение вещества. ПИ имеет особое значение для количественной оценки энергетического состояния молекул при различных фотохимических, химико-технологических, радиохимических, биофизических процессах, а также в молекулярной и атомной физике, физике твердого тела и электронике. Наиболее распространенным методом определения ПИ молекул является метод фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС), который использует эмиссию электронов под влиянием жесткого УФ или рентгеновского излучения [Вовна В.И. Фотоэлектронная спектроскопия молекул // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №1. - С. 86-91/Гурвич Л.В., Карачевцев Г.В., Кондратьев В.Н., Лебедев Ю.А., Медведев В.А. и др. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. - М.: Наука, 1974. - 351 с.].

Недостатки способа:

1. Невозможность использовать способ для молекул с большим числом компонент.

2. Невозможность использовать способ для метастабильных веществ.

Известны методы определения ПИ, основанные на исследовании спектров комплексов с переносом заряда.

Известны расчетные квантово-химические способы оценки ПИ путем решения соответствующих уравнений Рутана методом Хартри-Фока [Грибов Л.А., Муштаков С.П. Квантовая химия. Учебник. - М.: Гардарики, 1999. - 39 с.]. Недостатком данного способа является ограниченная точность расчетов применительно к сложным молекулам, так как существующие методы расчета не учитывают в полной мере взаимодействие системы электронов в молекулах и твердых телах.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ определения ПИ атомов и молекул по электронным абсорбционным спектрам поглощения излучения в УФ и видимом диапазоне электромагнитного спектра в интервале от 200 до 800 нм [Патент SU 1636734 с приоритетом от 02.07.88, кл. 5G01N 21/25 «Способ определения потенциалов ионизации молекул ароматических соединений» / θlg Доломатов М.Ю., Мукаева Г.Р.]. В данном способе определения ПИ проводится по эмпирическим зависимостям, связывающим эти характеристики с интегральным показателем поглощения, являющимся по существу аналогом интегральных сил осцилляторов:

где ελ - коэффициент экстинкции;

λ1 и λ1 - длины волн, определяющие границы спектра поглощения в УФ и видимой областях.

Данная корреляция имеет следующий вид [4]:

где Е - энергия граничных орбиталей, ПИ, эВ;

α1, α2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа орбитали, постоянные в данном ряду молекул, соответственно эВ,

эВ⋅нм-1;

θlg - ЛФ ИСО, нм-1.

Интегральная функция θlg рассчитывается через площадь под кривой поглощения, которая определяется численным методом трапеций:

где ελ - молярный коэффициент поглощения при определенных длинах волн в ультрафиолетовой области спектра, л⋅моль-1⋅см-1;

λ0, λk - границы спектра, нм;

k - число исследуемых точек спектра в области поглощения излучения.

В дальнейшем эта зависимость была подтверждена для ПИ сераорганических соединений, азокрасителей органических красителей.

Недостатки данного способа заключаются в недостаточной точности метода.

Целью изобретения является расширение возможности применения метода к сложным молекулярным, многокомпонентным и метастабильным веществам и повышения точности определения ПИ. Поставленная цель достигается за счет введения новой физической характеристики спектра, относительного эмпирического автокорреляционного параметра μ, благодаря которому повышается скорость определения ПИ, которая превышает время изменения физической структуры материала и его химического состава. Способ основан на определении ПИ молекул полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) по относительному эмпирическому автокорреляционному параметру спектра, который характеризует отношение масштабов поглощения энергии электромагнитного поля в УФ области ко всей области электронного спектра, который в свою очередь связан с ПИ молекул.

Суть способа заключается в том, что определение ПИ молекул ПАУ производится по относительному эмпирическому автокорреляционному параметру спектра μ, линейно коррелирующего с ПИ. Относительный эмпирический автокорреляционный параметр спектра μ определяется по автокорреляционной функции спектра поглощения в диапазоне частот УФ (0,5⋅1016 Гц - 0,9⋅1016 Гц) и видимой (0,3⋅1016 Гц - 0,5⋅1016 Гц) области спектра, а ПИ молекул ПАУ рассчитывают по зависимости:

где - относительный эмпирический автокорреляционный параметр, где - интеграл автокорреляционной функции в УФ-области; - интеграл автокорреляционной функции в УФ- и видимой областях спектра.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

1. Спектры поглощения ПАУ регистрируются в химически чистых растворах на спектрофотометре в диапазоне поглощения от 200 до 750 нм (0,3⋅1016 - 0,9⋅1016 Гц) с шагом 2 нм.

2. Вычисляются интегралы автокорреляционной функции в диапазоне от 0,5⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц и от 0,3⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц.

3. Определяется относительный эмпирический автокорреляционный параметр μ.

4. Используя зависимость (4), рассчитывается ПИ молекул ПАУ.

Пример 1. Определяют ПИ для пентацена (C22H14). Раствор пентацена в трихлорбензоле концентрации менее 10-3 моль/л заливают в кювету спектрофотометра толщиной слоя 1 см. Регистрируют спектр в диапазоне длин волн 200-750 нм. По спектру поглощения пентацена вычисляют автокорреляционные функции в диапазоне частот от 0,5⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц и от 0,3⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц, определяется относительный эмпирический автокорреляционный параметр спектра μ=0,404, затем по соотношению (4) определяется ПИ:

ПИ = 6,0516 + 1,57 * μ = 6,0516 + 1,57 * 0,404 = 6,69 эВ.

Пример 2. Определяют ПИ для тетрацена (C22H14). Раствор тетрацена в этаноле концентрации менее 10-3 моль/л заливают в кювету спектрофотометра толщиной слоя 1 см. Регистрируют спектр в диапазоне длин волн 200-750 нм. По спектру поглощения тетрацена вычисляются автокорреляционные функции в диапазоне частот от 0,5⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц и от 0,3⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц, определяется относительный эмпирический автокорреляционный параметр спектра μ=0,626, а затем по соотношению (4) определяется ПИ:

ПИ = 6,0516 + 1,57 * μ = 6,0516 + 1,57 * 0,626 = 7,03 эВ.

Пример 3. Определяют ПИ для пентафена (C22H14). Раствор пентафена в этаноле концентрации менее 10-3 моль/л заливают в кювету спектрофотометра толщиной слоя 1 см. Регистрируют спектр в диапазоне поглощения пентафена 200-750 нм. По спектру поглощения пентафена вычисляется автокорреляционные функции в диапазоне частот от 0,5⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц и от 0,3⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц, определяется относительный эмпирический автокорреляционный параметр спектра μ=0,875, а затем по соотношению (4) определяется ПИ:

ПИ = 6,0516 + 1,57 * μ = 6,0516 + 1,57 * 0,875 = 7,43 эВ.

Пример 4. Определяют ПИ для коронена (C22H14). Раствор коронена в бензоле концентрации менее 10-3 моль/л заливают в кювету спектрофотометра толщиной слоя 1 см. Регистрируют спектр в диапазоне поглощения коронена 200-750 нм. По спектру поглощения коронена вычисляется автокорреляционные функции в диапазоне частот от 0,5⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц и от 0,3⋅1016 до 0,9⋅1016 Гц, определяется относительный эмпирический автокорреляционный параметр спектра μ=0,879, а затем по соотношению (4) определяется ПИ:

ПИ = 6,0516 + 1,57 * μ = 6,0516 + 1,57 * 0,879 = 7,43 эВ.

Значения ПИ молекул ПАУ (примеры 1-4), определенные по спектрам поглощения и предлагаемым способом приведены в таблице 1.

Вывод: как следует из таблицы 1, относительная погрешность определения ПИ молекул ПАУ по предлагаемому способу по сравнению расчетными методами составляет 0,78%.

Следовательно, предлагаемый способ не уступает способу определения ПИ расчетными методами.

Преимущества заявляемого способа заключается в следующем:

1. Возможность расширения класса исследуемых полициклических соединений.

2. Возможность применения к многокомпонентным соединениям.

3. Сокращается время определения значения ПИ.

Способ определения потенциалов ионизации молекул полициклических ароматических углеводородов, включающий регистрацию спектров поглощения в химически чистых растворах образцов в ультрафиолетовой и видимой области, отличающийся тем, что потенциал ионизации определяется по относительному эмпирическому автокорреляционному параметру μ, представляющему собой отношение автокорреляционных функций, вычисленных по электронному спектру, а потенциал ионизации определяется по формуле:

ПИ=6,0516+1,57*μ

где - относительный эмпирический автокорреляционный параметр, где - интеграл автокорреляционной функции в УФ-области, - интеграл автокорреляционной функции в УФ- и видимой областях спектра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к дистанционным методам атмосферных исследований. Сущность: проводят синхронную съемку подстилающей поверхности, применяя следующие устройства, установленные на космическом носителе: видеокамеру ультрафиолетового диапазона, спектрозональную камеру видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, гиперспектрометр с рабочим диапазоном 190-790 нм.

Устройство для измерения концентрации метана в смеси газов основано на одновременном измерении поглощения на большой совокупности линий колебательно-вращательного спектра.

Изобретение относится к способам синтеза гибридных наноструктурированных материалов, а именно к способу получения гибридных плазмонно-люминесцентных маркеров. Способ заключается в формировании металлических плазмонных наночастиц на поверхности неорганических люминесцентных наночастиц, предварительно активированных ионами редкоземельных металлов.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано при поиске скоплений углеводородов. Предложен способ обнаружения углеводородов с использованием подводного аппарата, снабженного одним или несколькими измерительными компонентами.

Изобретение относится к области аналитической химии и касается способа количественного определения стеринов в корневищах с корнями крапивы двудомной. Сущность способа заключается в том, что извлекают стерины из корневищ с корнями крапивы 70% этиловым спиртом и рассчитывают количественное содержание стеринов по оптической плотности в концентрированной серной кислоте при максимуме поглощения 328 нм в пересчете на эргостерин, и абсолютно сухое сырье в процентах (X) вычисляют по формуле где A - оптическая плотность испытуемого раствора; Aо - оптическая плотность раствора стандартного образца; M - точная навеска сырья, г; mo - точная навеска эргостерина, г; W - влажность сырья, %. В случае отсутствия рабочего стандартного образца эргостерина используют значение удельного показателя поглощения его раствора - 800; расчет содержания стеринов в пересчете на эргостерин и абсолютно сухое сырье в процентах (X) вычисляют по формуле где A - оптическая плотность испытуемого раствора; m - точная навеска анализируемого образца, г; W - влажность сырья, %. 800 - удельный показатель поглощения эргостерина. Использование способа позволяет с высокой точностью определять стерины в корневищах крапивы двудомной.

Изобретения относятся к области испытательной и измерительной техники. Способ включает регистрацию оптического излучения в спектре чувствительности фотодиода, сопровождающего инициирование заряда взрывчатого вещества (ВВ), находящегося в объекте испытания (ОИ).

Изобретение относится к области ядерной энергетики и касается системы измерения концентрации борной кислоты в первом контуре теплоносителя ядерного реактора. Система включает в себя два источника лазерного излучения, измерительную и эталонную кювету, фотоприемный блок, блок обработки сигналов, блок управления, блок измерения параметров лазерного излучения, два модулятора лазерного излучения, три оптических переключателя, три управляемых оптических ослабителя, управляемый спектральный фильтр, четыре волоконно-оптические линии, пять отражательных и пять полупрозрачных зеркал.

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при определении фазового состава нанопорошков из оксида иттрия. В способе определения моноклинной метастабильной фазы оксида иттрия по сдвигу полос оптического поглощения ионов Nd3+ или других редкоземельных элементов в нанокристаллитах для определения степени поглощения излучения в диапазоне длин волн 200-1100 нм изготовлены образцы из нанопорошка оксида иттрия в моноклинной и кубической фазах круглой формы диаметром 15 мм и толщиной 200÷600 мкм путем прессования под давлением 50-150 МПа без добавок.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении спазеров, плазмонных нанолазеров, при флуоресцентном анализе нуклеиновых кислот, высокочувствительном обнаружении ДНК, фотометрическом определении метиламина.

Изобретение относится к системам для контроля пара и определения распределения размеров капель. Способ определения качества влажного пара, находящегося внутри паровой турбины, включает излучение оптическим датчиком (52, 54) множества длин волн через влажный пар, измерение с помощью оптического датчика (52, 54) интенсивности влажного пара, соответствующей каждой из множества длин волн, пропускаемых через влажный пар, определение вектора отношения интенсивностей путем деления интенсивности влажного пара на соответствующую интенсивность сухого пара для каждой из множества длин волн, последовательное применение масштабных коэффициентов к вектору отношения интенсивностей для получения масштабированного вектора отношения интенсивностей, расчет подходящего значения для каждого из масштабных коэффициентов для получения множества разностей, определение минимальной разности из указанного множества разностей, определение распределения размеров капель путем вычисления количественной плотности капель, соответствующей минимальной разности, и определение качества пара на основе распределения размера капель.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения отклонения длины оптического пути образца. Способ включает в себя облучение образца электромагнитным излучением при ряде волновых чисел, определение поглощения электромагнитной энергии в образце при ряде волновых чисел, определение первого волнового числа, связанного с первым уровнем поглощения полосы поглощения, и второго волнового числа, связанного со вторым уровнем поглощения полосы поглощения, определение разности между первым волновым числом и вторым волновым числом и определение отклонения длины оптического пути на основе полученной разности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области спектральных измерений и касается устройства с многолучевым спектральным фильтром для обнаружения метана в атмосфере. Устройство включает в себя размещенные в общем корпусе и оптически связанные излучатель расходящегося светового пучка со сплошным спектром, дифракционный элемент, формирующие параллельный пучок излучения оптические элементы, прозрачную кювету, оптические элементы, передающие прошедший параллельный пучок на объектив, фотоприемник, систему регистрации и обработки полученного электрического сигнала, устройство электропитания и управления. Дифракционный элемент выполнен в виде линзы Френеля с переменной шириной концентрических кольцевых софокусных линз, число которых определяется отношением ширины спектрального интервала между линиями колебательно-вращательного спектра метана к ширине этих линий. Между дифракционным элементом и формирующими параллельный пучок излучения оптическими элементами размещено оптическое устройство управления амплитудами световых сигналов, выполненное в виде пространственно-неоднородного фильтра с пропусканием, различным для каждого из кольцевых элементов линзы Френеля. Технический результат заключается в увеличении чувствительности и точности измерений. 14 ил.

Изобретение относится к способам идентификации многокомпонентных углеводородных систем. Способ включает отбор и регистрацию спектров растворов в видимой области электромагнитного излучения, во взвешенную колбочку объемом 50 мл берется навеска пробы 0,1-0,2 г, затем в колбочку со взвешенной пробой приливается 30-40 мл толуола, после полного растворения продукта в толуоле колбочка с раствором взвешивается и определяется концентрация раствора по формуле: с = (навеска, г*1000)/(вес раствора, г*0,8669), затем раствор наливается в прозрачную кварцевую кювету и с помощью спектрофотометра фиксируется оптическая плотность D на длинах волн λ=380-780 нм с шагом Δλ=1 нм, после чего определяются значения удельного коэффициента поглощения k(λ) (л/(г⋅см)), на тех же длинах волн по закону Бугера-Ламберта-Бера: k(λ)=D(λ)/(c⋅l), где l - толщина поглощающего слоя; с - концентрация раствора. Объекты идентифицируются по статистическим параметрам сигнала электронного абсорбционного спектра: математическое ожидание, дисперсия, автоковариационная и автокорреляционная функции распределения спектра, с последующим сравнением этих параметров с параметрами эталонов, при этом расчет статистических параметров проводят по формулам. В случае соответствия полученных значений рассчитываемых статистических параметров значениям эталона определяют принадлежность исследуемого объекта. Целью изобретения является идентификация многокомпонентных углеводородных систем по статистическим параметрам сигнала электронного абсорбционного спектра в видимой области, который подходит как для разбавленных в растворителе, так и для неразбавленных многокомпонентных углеводородных систем. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-07-14 2017-06-19T01:38:31
Наверх