Помощь студентам в учебе
Исследование колебательно-вращательного спектра высокого разрешения молекулы as-C2H2D2 в диапазоне 600-1300 см-1
|
Введение 11
1 Обзор литературы 14
1.1 Предшествующие исследования 14
1.2 Математическая формулировка задачи 17
1.2.1 Теория возмущения 17
1.2.2 Метод эффективных операторов 18
2 Объект и методы исследования 22
2.1 Общая информация о молекуле CH2=CD2 22
2.2 Метод комбинационных разностей 25
2.3 Модель эффективного гамильтониана 27
3 Расчеты и аналитика 30
3.1 Эффект изотопозамещения в молекуле этилена и оценка
спектроскопических параметров 30
4 Результаты проведенного исследования 32
4.1 Детали эксперимента 32
4.2 Описание спектров и определение переходов 33
4.3 Колебательно-вращательный анализ взаимодействующих состояний (v10 =
1), (V7 = 1), (V4 = 1), (V8 = 1), (V3 = 1) и (V6 = 1) 40
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 48
5.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ 48
5.1.1 SWOT-анализ 48
5.2 Планирование процесса управления НТИ: структура и график проведения,
бюджет, риски и организация закупок 52
5.2.1 Планирование научно-исследовательских работ 52
8
5.3 Бюджет научного исследования
5.3.1 Специальное оборудование для научных работ 55
5.3.2 Расчет основной заработной платы 56
5.3.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 57
5.3.4 Отчисления на социальные нужды 58
5.3.5 Накладные расходы 58
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 59
6 Социальная ответственность 64
6.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной
среды 64
6.1.1 Метеоусловия 64
6.1.2 Шум 66
6.1.3 Освещенность 66
6.1.5 Электромагнитные поля 71
6.2 Анализ выявленных опасных факторов производственной среды 73
6.2.1 Электробезопасность 73
6.2.2 Факторы пожарной и взрывной природы 74
6.3 Охрана окружающей среды 77
6.4 Защита в ЧС 78
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 79
Заключение 81
Список публикаций 82
Список используемой литературы 83
Приложение А
Приложение Б 89
Приложение В 91
1 Обзор литературы 14
1.1 Предшествующие исследования 14
1.2 Математическая формулировка задачи 17
1.2.1 Теория возмущения 17
1.2.2 Метод эффективных операторов 18
2 Объект и методы исследования 22
2.1 Общая информация о молекуле CH2=CD2 22
2.2 Метод комбинационных разностей 25
2.3 Модель эффективного гамильтониана 27
3 Расчеты и аналитика 30
3.1 Эффект изотопозамещения в молекуле этилена и оценка
спектроскопических параметров 30
4 Результаты проведенного исследования 32
4.1 Детали эксперимента 32
4.2 Описание спектров и определение переходов 33
4.3 Колебательно-вращательный анализ взаимодействующих состояний (v10 =
1), (V7 = 1), (V4 = 1), (V8 = 1), (V3 = 1) и (V6 = 1) 40
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 48
5.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ 48
5.1.1 SWOT-анализ 48
5.2 Планирование процесса управления НТИ: структура и график проведения,
бюджет, риски и организация закупок 52
5.2.1 Планирование научно-исследовательских работ 52
8
5.3 Бюджет научного исследования
5.3.1 Специальное оборудование для научных работ 55
5.3.2 Расчет основной заработной платы 56
5.3.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 57
5.3.4 Отчисления на социальные нужды 58
5.3.5 Накладные расходы 58
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 59
6 Социальная ответственность 64
6.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной
среды 64
6.1.1 Метеоусловия 64
6.1.2 Шум 66
6.1.3 Освещенность 66
6.1.5 Электромагнитные поля 71
6.2 Анализ выявленных опасных факторов производственной среды 73
6.2.1 Электробезопасность 73
6.2.2 Факторы пожарной и взрывной природы 74
6.3 Охрана окружающей среды 77
6.4 Защита в ЧС 78
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 79
Заключение 81
Список публикаций 82
Список используемой литературы 83
Приложение А
Приложение Б 89
Приложение В 91
Современный уровень развития теоретической колебательно - вращательной молекулярной спектроскопии позволяет с высокой точностью интерпретировать получаемую в ходе экспериментов информацию и, путём изучения тонкой структуры спектров, определять различные характеристики молекул.
Колебательно-вращательные спектры высокого разрешения являются на сегодняшний день наиболее полным и надёжным источником информации о внутренней структуре молекул, их состоянии и свойствах, а также о характере межмолекулярных взаимодействий. Параметры спектральных линий, которые можно определить из эксперимента, содержат информацию о таких важных характеристиках молекулы, как структурные постоянные, электрический и магнитный потенциалы, внутримолекулярное поле и т.д. Эти данные очень важны как для академических, так и практических приложений, например, в астрофизике, физической химии, атмосферной оптике и многих других областях.
Однако не всегда информация, получаемая из спектров молекул, является достаточной. В этом случае становится важным исследование изотопозамещённых модификаций, свойства которых, естественно, связаны со свойствами «материнской» молекулы, при этом спектры разных модификаций могут иметь значительные отличия. Таким образом, для решения многих задач большое значение приобретает информация об изотопической зависимости между спектроскопическими имолекулярными постоянными и параметрами спектральных линий. При этом на сегодняшний момент эти соотношения известны для ограниченного числа молекул, поэтому развитие теории изотопозамещения представляет большой интерес. В качестве примера использования информации о дейтерированных модификациях для описания «материнской» молекулы можно рассмотреть задачу определения внутримолекулярной потенциальной функции. Для корректного описания потенциальной функции молекулы необходимо большое количество экспериментально зарегистрированных и проанализированных колебательновращательных полос [1, 2]. Такое количество полос невозможно набрать, используя только материнскую молекулу, поэтому используются так же колебательно-вращательные полосы различных модификаций.
В данной работе в качестве исследуемой молекулы выбрана дважды дейтерированная асимметричная модификация этилена. Этилен - самое производимое органическое соединение в мире, поскольку является ведущим продуктом основного органического синтеза. Исключительную важность имеет в биохимии и биофизике, в частности, является фитогормоном почти у всех растений. Этилен является ведущим продуктом, на основе которого вырабатывается почти половина всех органических соединений, таких как полиэтилен, уксусная кислота, этиловый спирт и др. Многие из этих соединений выбрасываются предприятиями химической и нефтехимической промышленности в атмосферу, влияя, таким образом, на генерацию озона и формирование глобального климата [3,4]. Этилен является одним из важнейших объектов исследования в астрофизике, физики и химии планет солнечной системы (в частности, он был найден в атмосферах планет гигантов) [5, 6, 7]. Наконец, этилен является хорошей модельной молекулой для исследования более сложных органических веществ. Выбор именно дважды дейтерированной модификации обусловлен более низкой её симметрией, что приводит к увеличению количества разрешённых переходов, а, следовательно, к большему количеству информации о параметрах молекулы, которую можно получить из эксперимента. Поэтому актуальной задачей представляется исследование колебательно-вращательных спектров молекулы этилена и его изотопологов для получения полной информации о внутренней структуре молекулы.
Целью работы является исследование колебательно-вращательного спектра высокого разрешения молекулы CH2=CD2 в диапазоне 600 — 1300см-1.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-интерпретация колебательно-вращательного спектра в диапазоне 600 — 1300 см-1;
-решение обратной спектроскопической задачи и спектроскопических параметров полос, расположенных в диапазоне.
Колебательно-вращательные спектры высокого разрешения являются на сегодняшний день наиболее полным и надёжным источником информации о внутренней структуре молекул, их состоянии и свойствах, а также о характере межмолекулярных взаимодействий. Параметры спектральных линий, которые можно определить из эксперимента, содержат информацию о таких важных характеристиках молекулы, как структурные постоянные, электрический и магнитный потенциалы, внутримолекулярное поле и т.д. Эти данные очень важны как для академических, так и практических приложений, например, в астрофизике, физической химии, атмосферной оптике и многих других областях.
Однако не всегда информация, получаемая из спектров молекул, является достаточной. В этом случае становится важным исследование изотопозамещённых модификаций, свойства которых, естественно, связаны со свойствами «материнской» молекулы, при этом спектры разных модификаций могут иметь значительные отличия. Таким образом, для решения многих задач большое значение приобретает информация об изотопической зависимости между спектроскопическими имолекулярными постоянными и параметрами спектральных линий. При этом на сегодняшний момент эти соотношения известны для ограниченного числа молекул, поэтому развитие теории изотопозамещения представляет большой интерес. В качестве примера использования информации о дейтерированных модификациях для описания «материнской» молекулы можно рассмотреть задачу определения внутримолекулярной потенциальной функции. Для корректного описания потенциальной функции молекулы необходимо большое количество экспериментально зарегистрированных и проанализированных колебательновращательных полос [1, 2]. Такое количество полос невозможно набрать, используя только материнскую молекулу, поэтому используются так же колебательно-вращательные полосы различных модификаций.
В данной работе в качестве исследуемой молекулы выбрана дважды дейтерированная асимметричная модификация этилена. Этилен - самое производимое органическое соединение в мире, поскольку является ведущим продуктом основного органического синтеза. Исключительную важность имеет в биохимии и биофизике, в частности, является фитогормоном почти у всех растений. Этилен является ведущим продуктом, на основе которого вырабатывается почти половина всех органических соединений, таких как полиэтилен, уксусная кислота, этиловый спирт и др. Многие из этих соединений выбрасываются предприятиями химической и нефтехимической промышленности в атмосферу, влияя, таким образом, на генерацию озона и формирование глобального климата [3,4]. Этилен является одним из важнейших объектов исследования в астрофизике, физики и химии планет солнечной системы (в частности, он был найден в атмосферах планет гигантов) [5, 6, 7]. Наконец, этилен является хорошей модельной молекулой для исследования более сложных органических веществ. Выбор именно дважды дейтерированной модификации обусловлен более низкой её симметрией, что приводит к увеличению количества разрешённых переходов, а, следовательно, к большему количеству информации о параметрах молекулы, которую можно получить из эксперимента. Поэтому актуальной задачей представляется исследование колебательно-вращательных спектров молекулы этилена и его изотопологов для получения полной информации о внутренней структуре молекулы.
Целью работы является исследование колебательно-вращательного спектра высокого разрешения молекулы CH2=CD2 в диапазоне 600 — 1300см-1.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-интерпретация колебательно-вращательного спектра в диапазоне 600 — 1300 см-1;
-решение обратной спектроскопической задачи и спектроскопических параметров полос, расположенных в диапазоне.
В представленной работе был проведен анализ колебательно - вращательного спектра высокого разрешения молекулы CH2=CD2 в диапазоне 600 — 1300 см-1. Рассматриваемый диапазон содержит шесть фундаментальных полос: v10, v7, v4, v8, v3 и v6. В результате анализа экспериментального спектра был определено около 12200 колебательно-вращательных переходов, что в 2 раза больше, чем было получено в последней работе по представленному диапазону. Также важно отметить, что фундаментальная полоса v4 была исследована в первый раз. Максимальное значение квантовых чисел Jmax/Kamax для найденных переходов составляет 31/20, 46/18, 33/11, 50/26, 44/20 и 42/21 для исследуемых полос v10, v7, v4, v8, v3 и v6, соответственно. Данные переходы соответствуют 3920 колебательно-вращательным энергиям шести возбужденных состояний.
Информация, полученная из анализа экспериментального спектра, была использована в процедуре варьирования параметров гамильтониана. Сами параметры гамильтониана учитывают не только невозмущенную вращательную структуру колебательного состояния, но и резонансные взаимодействия. В результате решения обратной спектроскопической задачи был получен набор из 133 параметров (колебательных, вращательных и параметров центробежного искажения различных порядков). Данный набор параметров воспроизводит исходные экспериментальные колебательно-вращательные энергии (3920) с ошибкой rms: drms= 2.3*10-4cm-1.
Информация, полученная из анализа экспериментального спектра, была использована в процедуре варьирования параметров гамильтониана. Сами параметры гамильтониана учитывают не только невозмущенную вращательную структуру колебательного состояния, но и резонансные взаимодействия. В результате решения обратной спектроскопической задачи был получен набор из 133 параметров (колебательных, вращательных и параметров центробежного искажения различных порядков). Данный набор параметров воспроизводит исходные экспериментальные колебательно-вращательные энергии (3920) с ошибкой rms: drms= 2.3*10-4cm-1.