CC BY
12024
ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ
Устный доклад
РАДИОФИЗИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ ОБРАЗОВАНИЯ ПИКОВ В L-ДИЭЛЬКОМЕТРИИ
Галль И.Р.,1 Куанашив В.Т.,2 Барбин Н.М.,2 Галль Н.Р.13
1 Институт аналитического приборостроения РАН е-mail: [email protected] 2 Уральский технический институт связи и инфортики (филиал УрТИСИ СибГУТИ)
е-mail: [email protected] 3 Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН е-mail: [email protected] е-mail: [email protected]
Спектральная L-диэлькометрия -метод изучения свойств водных и неводных растворов, основанный на изучении поглощения энергии электромагнитного поля, создаваемого в катушке индуктивности при помещении в нее пробирки с пробой. Используемый диапазон частот лежит в интервале 50 кГц - 2 МГц и обычно проводятся измерения частотной зависимости тангенса диэлектрической проницаемости. Для целого ряда сольвентов молекулярной и ионной природы (Cs, K, Na, Li, Ca, Cl, NO3, HSO4,..) эти зависимости носят квазиспектральный характер с выраженными пиками, частотное положение которых специфично в отношении растворенного вещества. Получаемее пики обычно имеют ширину порядка 10-20 кГц.
Низкая частота заставляет предположить, что изменение тангенса диэлектрических потерь связано не с каким либо возбуждением молекул сольвента, но с возбуждением колебаний в их сольватных оболочках, структура которых специфична и различается от молекулы к молекуле и от иона к иону. В настоящее время модель этих процессов не разработана, и исследуемые пики используются в основном как «отпечатки пальцев».
С радиофизической точки зрения внесение водного раствора с переменное ЭМ поле. существующее внутри катушки. приводит к изменению его электрической составляющей, что описывается уравнениями Максвелла. При низкой величине проводимости, основные потери связаны именно с изменения как активной, так и реактивной части диэлектрической восприимчивости раствора.
Процесс удобно рассмотреть как колебания, протекающие в сложном колебательном контуре, включающем как элементы прибора (катушка, переменная емкость) так и свойства внесенного вещества. Сканирую частоту вблизи резонанса, можно снять форму АЧХ этого контура, которая в свою очередь может быть описана относительно простой эквивалентной схемой.
Как оказалось, форма АЧХ получающегося контура для пустой катушки имеет квази гауссову форму с небольшой асимметрией, и частотные зависимости 2го и 3го моментов этих кривых (дисперсии и асимметрии) носят почти монотонный характер с маленькими особенностями не превышающими 10%. При внесении в катушку водного раствора АЧХ становится существенно асимметричнее, и величины дисперсии и асимметрии начинают существенно зависеть от частоты. Как оказалось, частотные зависимости асимметрии этой АЧХ имеют выраженные особенности в тех же точках частотной оси, что и пики на частотной зависимости тангенса диэлектрических потерю. Это открывает новый подход к исследованию водных растворов указанным методом, позволяет рассчитывать величин параметров эквивалентной схемы с лучшим отношением сигнал/шум чем при традиционном подходе.
