Исследование водных растворов гликолей методом спектроскопии комбинационного рассеяния Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

-------------1Е НЕДЕЛИ»

19-21 октября 2021 г

Исследование водных растворов гликолей методом спектроскопии комбинационного рассеяния

Любимовский С.О., Новиков В.С.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва

Е-mail: liubimovskii@kapella. gpi. ru

Благодаря низкой температуре замерзания водные растворы этиленгликоля (ЭГ, НО-СН2-СН2-ОН) и 1,3-пропиленгликоля (1,3-ПГ, НО-СН2-СН2-СН2-ОН) широко используются как компоненты антифризов. В зависимости от соотношения содержаний компонентов свойства раствора, такие как температура замерзания, теплопроводность и вязкость, изменяются в широких пределах. Анализ спектров комбинационного рассеяния (КР) позволяет определять химический и конформационный состав подобных растворов. Однако, до настоящего момента этот метод не применялся для систематических исследований структуры водных растворов ЭГ и 1,3-ПГ.

Целью работы был сравнительный анализ изменений в конформационном составе ЭГ и 1,3-ПГ в водных растворах при различных концентрациях, а также создание КР спектроскопического метода оценки содержаний компонентов таких растворов.

Рисунки 1 и 2 демонстрируют соответственно спектры КР водных растворов ЭГ и 1,3-ПГ в области 2600-4000 см-1 при различных мольных содержаниях гликоля. Полоса валентных колебаний ОН-групп наблюдается в диапазоне 3000-3800 см 1 как в спектре воды, так и в спектрах гликолей. Для определения содержаний компонентов растворов в данной работе предлагается использовать отношение интенсивности полосы валентных колебаний ОН-групп к интенсивности линии КР гликоля.

На рисунке 3 для наиболее интенсивных и хорошо разрешенных линий КР гликолей приведены зависимости отношений пиковых интенсивностей линий от отношения мольных содержаний компонентов раствора. Полученные зависимости являются

ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

, «ПРОХОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ»

КВАНТОВАЯ МАКРОФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД

линейными, и, таким образом, по спектрам КР можно оценить содержание компонентов в водных растворах гликолей.

2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 Волновое число, см-1

Рис. 1. Спектры КР водных растворов при различных мольных

содержаниях ЭГ

Волновое число, см 1

Рис. 2. Спектры КР водных растворов при различных мольных содержаниях 1,3-ПГ

Установлено, что спектры КР ЭГ и 1,3-ПГ в диапазоне 300— 1600 см-1 практически не меняются при всех концентрациях ЭГ и

19-21 октября 2021 г.

1,3-ПГ. В том числе, не меняются положения пиков и интенсивности полос около 860 см-1 — маркеров гош-конформеров для торсионных углов О-С-С-О и О-С-С-С в молекулах ЭГ и 1,3-ПГ соответственно [1]. Это означает, что конформационный состав ЭГ и 1,3-ПГ при растворении в воде меняется незначительно. Этот же вывод подтверждает линейность зависимостей, приведенных на рисунке 3.

1.0

п.

ц ^ 0.8

О

к &

о; с;

0.6

о о

о ю

-2° 0.4

0.2

0.0

/ и

▼ ЭГ (2880 см"1) • ЭГ (860 см-1) ▼ 1,3-ПГ (2920 см"1) 1,3-ПГ (850 см"1) • 1,3-ПГ (870 см-1)

И

-1 ЛТ

2

10

6 8 ■'вода' "ЭГ "" "вода^1,3-ПГ

Рис. 3. Отношения интенсивности полосы валентных ОН-колебаний к интенсивности линий КР около 2880 и 860 см-1 для ЭГ и к интенсивности линий КР около 2920, 850 и 870 см-1 для 1,3-ПГ как функции отношения мольных содержаний компонентов раствора

Таким образом, в работе показано, что конформационный состав молекул ЭГ и 1,3-ПГ при растворении в воде меняется незначительно. Предложен КР спектроскопический метод оценки содержания компонентов водных растворов ЭГ и 1,3-ПГ.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 19-02-00931.

1. К^тт У.У., Novikov У^., Sagitova Е.А., et а1. J. Мо1. Struct. 2021, 1243, 130847.