Спектроскопия комбинационного рассеяния водных растворов гликолей: эксперимент и расчёт Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Спектроскопия комбинационного рассеяния водных растворов гликолей: эксперимент и расчёт

С.О. Любимовский1, В.С. Новиков1, Л.Ю. Устынюк?, П.В. Ивченко2, К.А. Прохоров1, В.В. Кузьмин1, Е.А. Сагитова1, Г.Ю. Николаева1

1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, 119991 Москва, Вавилова 38 2- Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991 Москва, Ленинские горы 1-3

E-mail: liubimovskii@kapella.gpi.ru

Водные растворы этиленгликоля (ЭГ, HO-CH2—CH2—OH) и 1,3-пропиленгликоля (1,3-ПГ, HO-CH2—CH2—CH2—OH) находят обширное применение в качестве криопротекторов и компонентов антифризов . Свойства этих растворов изменяются в широких пределах в зависимости от относительных содержаний компонентов. Целью данной работы было исследование структуры водных рас творов ЭГ и 1,3 -ПГ методом спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Спектры КР водных растворов гликолей были зарегистрированы при возбуждении излучением с длиной волны 532 нм и со спектральным разрешением 5 см -1. Анализ экспериментальных спектров проводился на основе результатов квантово-химического моделирования с использованием метода функционала плотности [1].

молекулу ЭГ в гош-конформации (выделена жёлтым цветом) и 11 молекул воды; б— теоретические спектры КР систем ЭГ-вода, содержащих 1 молекулу ЭГ в гош- или транс-конформации, а также 11 молекул воды, приведённые в сравнении с экспериментальными спектрами КР чистого жидкого ЭГ и 10%-ного водного раствора ЭГ

Показано, что э кспериментальные спектры водных растворов ЭГ соответствуют теоретическим спектрам кластеров, в которых молекула ЭГ находится в гош-конформации, чтс свидетельствует о преобладании этой конформации молекул ЭГ в растворе. Для примера, на рис. 1 представлены теоретические спектры кластеров с 11 молекулами воды (содержание ЭГ 8.3%) и экспериментальные спектры 10%-ного раствора ЭГ.

При анализе экспериментальных спектров водных растворов ЭГ и 1,3 -ПГ установлено, что отношения интенсивностей полосы ОН и линий КР гликолей линейно зависят от отношений мольных содержаний воды и гликоля и могут быть использованы для определения содержаний компонентов растворов. Таким образом, в работе показано, что по спектрам КР водных растворов ЭГ и 1,3-ПГ можно определять и химический состав растворов, и конформационный состав молекул гликолей.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 19-0200931. Авторы работы выражают благодарность Межведомственному суперкомпьютерному центру РАН за предоставленные вычислительные ресурсы.

[1] V.V. Kuzmin, V.S. Novikov, E.A. Sagitova et al., Correlations among the Raman spectra and tie conformational compositions of

ethylene glycol, 1,2- and 1,3-propylene glycols, J. Mol. Struct., 1243, 130847 (11 pp.), (2021).