Статья:

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕЯНИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ НЕЭЛЕКТРОЛИТА С ОСОБОЙ ТОЧКОЙ

Конференция: LII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»

Секция: Оптика

Выходные данные
Сабиров Л.М. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕЯНИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ НЕЭЛЕКТРОЛИТА С ОСОБОЙ ТОЧКОЙ / Л.М. Сабиров, Д.И. Семенов, Ф.Р. Исмаилов, Ш.Э. Каршибоев, О.В. Турсунбоев, Н.Ш. Утабоева // Научный форум: Технические и физико-математические науки: сб. ст. по материалам LII междунар. науч.-практ. конф. — № 2(52). — М., Изд. «МЦНО», 2022. — С. 46-49.
Конференция завершена
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕЯНИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ НЕЭЛЕКТРОЛИТА С ОСОБОЙ ТОЧКОЙ

Сабиров Леонард Мухаммеджанович
д-р. физ.-мат. наук, профессор Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Семенов Денис Иванович
д-р. физ.-мат. наук, доцент, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Исмаилов Фахриддин Раимович
(PgD) канд. физ.-мат. наук, доцент, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Каршибоев Шавкат Эсиргапович
ассистент Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова, Узбекистан-финляндия педагогический институт самаркандского государственного университета, Узбекистан, г. Самарканд
Турсунбоев Олмос Вахоб ўғли
магистр, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд
Утабоева Нилуфар Шавкатовна
студент, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова Узбекистан, г. Самарканд

 

Исследования фазовых переходов и критических явлений в жидкостях и растворах представляют собой в настоящее время обширную область интересных и актуальных физических задач.

Флуктуации параметра порядка в окрестности точек фазовых переходов создают в среде оптические неоднородности, обуславливающие светорассеяние. Среднеквадратичная величина флуктуаций, их размеры и кинетика определяют интенсивность светорассеяния, ее угловую зависимость, а также спектральный состав рассеянного света. По этой причине спектроскопия светорассеяния представляет собой мощный инструмент для изучения фазовых переходов и критических явлений [1].

Интересными для исследования представляются некоторые растворы неэлектролитов в воде. Например, в водных растворах пиридина и его метилпроизводных (пиколинов) изменение концентрации неэлектролита и температуры раствора (при нормальном давлении и при отсутствии добавок соли или тяжелой воды) не приводит к расслаиванию. Несмотря на отсутствие точки расслаивания в этих растворах наблюдается аномалии в рассеянии света в области малых концентраций неэлектролита. Выраженный максимум на концентрационной зависимости коэффициента рассеяния света обнаружен на концентрации 0.1 мольной доли (м.д.) для системы вода–пиридин и в области 0.06-0.09 м.д. для систем вода–метилпиридины [2]. Предполагается, что при этих концентрациях и определенных температурах (~70 0С) состояние растворов наиболее близко к расслоению (т.н. «особая» точка на диаграмме состояния в координатах «температура-концентрация), и рост интенсивности светорассеяния обусловлен развитыми флуктуациями концентрации [2].

Если поведение интенсивности рассеяния света в водных растворах неэлектролитов изучено достаточно подробно, то информация о поведении спектральных характеристик рассеянного света в них в широком интервале концентраций практически отсутствует. Вместе с тем, изучение поведения таких параметров, как, например, частотное смещение компонент тонкой структуры линии Релея и их спектральная ширина, позволяет получить гораздо больше информации о физических процессах, происходящих в водных растворах при изменении температуры и концентрации молекул неэлектролита.

Результаты экспериментального изучения спектров рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в растворах 4-метилпиридин-вода при концентрациях неэлектролита в растворе х≥0.1 м.д. приведены в нашей работе [3].      

Целью настоящей работы явилось экспериментальное изучение закономерностей изменения величины частотного смещения компонент Мандельштама-Бриллюэна (КМБ) в водных растворах 4-метилпиридина малых концентраций, включая концентрацию, соответствующую раствору с особой точкой (х=0.06 м.д.)

Спектры рассеяния Мандельштама-Бриллюэна регистрировались при помощи экспериментальной установки с двухпроходным интерферометром Фабри-Перо. Угол рассеяния света составлял 900. Ошибка при выставлении угла рассеяния не превышала 0.20. Область дисперсии интерферометра при данной геометрии эксперимента составляла 0.625 см-1, контраст интерференционной картины – 5´104, острота полос – 35. В качестве источника излучения использовался He-Ne лазер (длина волны излучения 632.8 нм) мощностью порядка 15 мВт. Ошибка в измерении величины частотного смещения КМБ Dn не превышала 0.5%. Очистка компонентов раствора осуществлялась путем трехкратной перегонки. Образцы растворов запаивались в стеклянные цилиндрические кюветы при давлении ниже атмосферного. Спектры рассеяния изучались при температуре растворов 70 0С.

Результаты измерения величины частотного смещения КМБ Δν в растворах 4-метилпиридина-вода в зависимости от концентрации приведены на рисунке.

Как видно из рисунка, изменение величины Δν в зависимости от концентрации раствора происходит немонотонно. На изотерме зависимости Δν(х) наблюдается максимум при концентрации х=0.06 м.д.

Совпадение концентрации, при которой имеет место максимум в зависимости Δν(х) с концентрацией, соответствующей особой точке раствора может служить указанием на то, что этот максимум обусловлен критическими флуктуациями концентрации, уровень которых растет по мере приближения температуры раствора к температуре особой точки.

 

Рисунок. Концентрационная зависимость смещения КМБ в водных растворах 4-метилпиридина при температуре 70 0С. Сплошная линия – сглаживание данных. Пунктирная линия – «фоновая» часть зависимости

 

Предположение о связи максимума на зависимости Δν(х) с критическими флуктуациями концентрации согласуется с результатами, полученными при изучении раствора с особой точкой гваякол-глицерин [4].

Для этого раствора авторами работы [4] был экспериментально обнаружен максимум на концентрационной зависимости скорости гиперзвука при концентрации раствора, соответствующей критической.

Известно, что существование тонкой структуры линии Рэлея обусловлено присутствием в жидкости адиабатических флуктуаций давления, распространяющихся в среде в виде тепловых упругих (дебаевских) волн. Эффект модуляции рассеянного света этими волнами (предсказанный, независимо друг от друга, Мандельштамом и Бриллюэном) приводит к изменению частоты рассеянного света на величину Dn, которая может быть записана в виде [1]:

где ν0 – частота возбуждающего света, n – показатель преломления, V – скорость звука, c – скорость света в вакууме, θ – угол рассеяния.

Наблюдаемый в наших экспериментах максимум на зависимости Δν(х) может быть обусловлен соответствующим максимумом на концентрационной зависимости скорости распространения гиперзвука V(x) в этих растворах при концентрации х=0.06 м.д.

Это предположение, и, следовательно, возможная связь максимума на концентрационной зависимости смещения КМБ Δν(х) с критическими флуктуациями концентрации, согласуются с экспериментальными результатами и выводами работы [4].     

Описание обнаруженного в настоящей работе максимума на зависимости Δν(х) в водных растворах 4-метилпиридина с помощью имеющихся теоретических представлений будет предпринято в дальнейшем.

 

Список литературы:
1. И.Л. Фабелинский, Молекулярное рассеяние света. М.: Наука, 1965. 
2. М.Ф. Вукс, Рассеяние света в газах, жидкостях и растворах. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1977.
3. Н.Ф. Бункин, В.С. Горелик, Л.М. Сабиров, Д.И. Семенов, Х.С. Хайдаров, Частотное смещение компонент тонкой структуры линии Рэлея в водном растворе 4-метилпиридина в зависимости от температуры, концентрации и угла рассеяния света, Квантовая электроника 40(9), 817 (2010).
4. К.В. Коваленко, С.В. Кривохижа, И.Л. Фабелинский, Л.Л. Чайков, Концентрационная и температурная зависимость скорости гиперзвука в растворах с двумя критическими точками, Краткие сообщения по физике ФИАН 11, 19 (2002).