Том 22, номер 11, статья № 12

Аннотация:

Для водно-этанольных систем с различным соотношением компонентов получены спектры комбинационного рассеяния (КР) в области частот 200…3800 см^-1. Установлены зависимости частот положения и интенсивностей полос в спектре КР от концентрации этанола в растворе при ее изменении от 0 до 96%, предложена интерпретация полос. Показано, что для каждой из валентных полос СН- и ОН- соответствующая интегральная интенсивность I_CH и I_OH, нормированная на суммарную интенсивность (I_CH + I_OH), линейно зависит от объемной концентрации этанола в растворе. На двух модификациях установки - с последовательной регистрацией спектров ФЭУ и параллельной регистрацией спектров ПЗС-камерой - экспериментально продемонстрирована возможность измерения концентрации спиртового раствора с использованием интегральных интенсивностей валентных СН- и ОН-полос. Полученная точность определения концентрации спирта составила несколько десятых долей процента. Предложенный метод можно использовать для определения концентрации водно-этанольных растворов, в том числе для определения крепости алкогольных напитков бесконтактным способом. Описано изменение формы валентной полосы колебаний ОН-групп, неоднородно уширенной вследствие взаимодействия гидроксильных групп молекул воды и спирта. На основании анализа формы валентной ОН-полосы сделаны выводы об изменении доли молекул воды, связанных сильной водородной связью, при изменении соотношения компонентов раствора. Максимальное значение эта величина принимает в диапазоне концентраций спирта 20…25%.

Ключевые слова:

комбинационное рассеяние света, колебательная спектроскопия, валентная полоса, СН- и ОН-группы, водородная связь, водно-спиртовые растворы, определение концентрации спирта

Список литературы:

1. Менделеев Д.И. Растворы. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 1163 с.
2. Белоусов В.П., Панов М.Ю. Термодинамика водных растворов неэлектролитов. Л.: Химия, 1983. 264 с.
3. Наберухин Ю.И. Загадки воды // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 5. С. 41-48.
4. Saiz L., Padro J.A., Guardia E. Structure and Dynamics of Liquid Ethanol // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. N 1. P. 78-86.
5. Nishi N., Koga K., Ohshima C., Yamamoto K., Nagashima U., Nagami K. Molecular association in ethanol-water mixtures studied by mass spectrometric analysis of clusters generated through adiabatic expansion of liquid jets // J. Amer. Chem. Soc. 1988. V. 110. N 15. P. 5246-5255.
6. Mizuno K., Miyashita Y., Shindo Y., Ogawa H. NMR and FT-IR studies of Hydrogen bonds in ethanol-water mixtures // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. N 10. P. 3225-3228.
7. Зеленин Ю.М. Влияние давления на клатратообразование в системе "вода-этанол" // Ж. структур. химии. 2003. Т. 44. № 1. С. 155-161.
8. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.
9. Гоголинская Т.А., Пацаева С.В., Фадеев В.В. О закономерностях изменения полосы 3100...3700 см^-1 КР воды в водных растворах солей // Докл. АН СССР. 1986. Т. 290. № 5. С. 1099-1103.
10. Буриков С.А., Доленко Т.А., Великотный П.А., Сугоняев А.В., Фадеев В.В. Проявление гидратации ионов неорганических солей в форме валентной полосы комбинационного рассеяния молекул воды // Оптика и спектроскопия. 2005. Т. 98. № 2. С. 275-279.
11. Burikov S., Dolenko T., Fadeev V., Vlasov I. Revelation of ions hydration in Raman scattering spectral bands of water // Laser Phys. 2007. V. 17. N 9. P. 1-7.
12. Nose A., Hojo M. Hydrogen bonding of water-ethanol in alcoholic beverages // J. of Bioscience and Bioengineering. 2006. V. 102. N 4. P. 269-280.
13. Nose A., Hojo M., Ueda Т. Effects of Salts. Acids, and Phenols on the Hydrogen-Bonding Structure of Water-Ethanol Mixtures // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. N 2. P. 798-804.
14. Egashira K., Nishi N. Low-Frequency Raman Spectroscopy of Ethanol-Water Binary Solution: Evidence for Self-Association of Solute and Solvent Molecules // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. N 21. P. 4054-4057.
15. Sanford C.L., Mantooth B.A., Jones B.T. Determination of Ethanol in Alcohol Samples Using a Modular Raman Spectrometer // J. Chem. Educ. 2001. V. 78. N 9. P. 1221-1225.
16. Cleveland D., Carlson M., Hudspeth E.D., Quattrochi L.E., Batchler K.L., Balram S.A., Hong S., Michel R.G. Raman Spectroscopy for the Undergraduate Teaching Laboratory: Quantification of Ethanol Concentration in Consumer Alcoholic Beverages and Qualitative Identification of Marine Diesels Using a Miniature Raman Spectrometer // Spectrosc. Lett. 2007. V. 40. Iss. 6. P. 903-924.
17. Chaplin M. Water Structure and Behavior // www.lsbu.ac.uk/water
18. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1971. 264 с.
19. Mammone J.F., Sharma S.K., Nicol M. Raman spectra of methanol and ethanol at pressures up to 100 kbar // J. Phys. Chem. 1980. V. 84. N 23. P. 3130-3134.
20. Gnyba M., Jedrzejewska-Szczerska M., Keranen M., Suhonen J. Sol-gel materials investigation by means of Raman spectroscopy // Proc. XVII IMEKO World Congress, June 22-27, 2003. Dubrovnik. Croatia. P. 237-240.
21. Yu Y., Lin K., Zhou X., Wang H., Liu S., Ma X. New C-H stretching vibrational spectral features in the Raman spectra of gaseous and liquid ethanol // J. Phys. Chem. 2007. V. 111. N 25. P. 8971-8977.
22. Вукс М.Ф., Шурупова Л.В. Рассеяние света и фазовые переходы в водных растворах простых спиртов // Оптика и спектроскопия. 1976. Т. 40. Вып. 1. С. 154-159.
23. Шурупова Л.В. Некоторые особенности температурного поведения добавочных максимумов рассеянного света // Вестн. СПбГУ. Сер. 4. 1994. Вып. 4. № 25. С. 16-25.
24. Агеев Д.В., Пацаева С.В., Рыжиков Б.Д., Сорокин В.Н., Южаков В.И. Влияние температуры и содержания этанола на ассоциацию молекул родамина 6Ж в водно-спиртовых растворах // Ж. прикл. спектроскопии. 2008. Т. 75. № 5. С. 640-645.