Помощь студентам в учебе
Исследование колебательно-вращательных спектров и свойств многоатомных молекул на примере молекулы этилена
|
Введение 13
1 Обзор литературы 15
2 Объект и методы исследования 18
2.1 Описание молекулы C2H3D 18
2.2 Модель эффективного гамильтониана 21
2.3 Параметры кориолисовых взаимодействий 24
2.4 Экспериментальные методы регистрации спектра высокого разрешения 25
2.4.1 Принципиальная схема Фурье-спектрометра 26
2.4.2 Основы построения спектра 28
2.4.3 Способы сканирования 29
2.4.4 Оптические материалы Фурье-спектрометра 31
2.4.5 Источники и приемники излучения 32
2.5 Метод комбинационных разностей 35
3 Результаты проведенного исследования 37
3.1 Анализ экспериментальных данных 37
3.2 Улучшение параметров основного состояния 39
3.3 Определение параметров эффективного гамильтониана молекулы C2H3D 40
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 46
4.1 Предпроектный анализ 46
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования . 46
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 47
4.1.3 SWOT-анализ 49
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации .... 51
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 52
4.2 Инициация проекта 54
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом .... 54
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта 56
4.3.2 План проект 57
4.4 Бюджет научного исследования 59
4.5 Организационная структура проекта 65
4.6 План управления коммуникациями проекта 65
4.7 Реестр рисков проекта 65
4.8 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности 66
4.8.1 Оценка абсолютной эффективности исследования . ... 66
4.8.2 Оценка сравнительной эффективности исследования . . 70
5 Социальная ответственность 74
Введение 74
5.1 Производственная безопасность 74
5.1.1 Отклонение показателей микроклимата 74
5.1.2 Превышение уровня шума 76
5.1.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений . . . 77
5.1.4 Поражение электрическим током 78
5.1.5 Освещенность 80
5.1.6 Пожарная опасность 83
5.2 Экологическая безопасность 85
5.2.1 Анализ влияния процесса исследования на окружающую
среду 85
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 86
5.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при проведении исследований 86
5.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка действия в случае возникновения ЧС. . 86
Выводы по разделу социальная ответственность 87
6 Заключение 88
Список использованных источников 89
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Параметры резонансного взаимодействия
Уровни верхних состояний
Раздел на иностранном языке
1 Обзор литературы 15
2 Объект и методы исследования 18
2.1 Описание молекулы C2H3D 18
2.2 Модель эффективного гамильтониана 21
2.3 Параметры кориолисовых взаимодействий 24
2.4 Экспериментальные методы регистрации спектра высокого разрешения 25
2.4.1 Принципиальная схема Фурье-спектрометра 26
2.4.2 Основы построения спектра 28
2.4.3 Способы сканирования 29
2.4.4 Оптические материалы Фурье-спектрометра 31
2.4.5 Источники и приемники излучения 32
2.5 Метод комбинационных разностей 35
3 Результаты проведенного исследования 37
3.1 Анализ экспериментальных данных 37
3.2 Улучшение параметров основного состояния 39
3.3 Определение параметров эффективного гамильтониана молекулы C2H3D 40
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 46
4.1 Предпроектный анализ 46
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования . 46
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 47
4.1.3 SWOT-анализ 49
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации .... 51
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 52
4.2 Инициация проекта 54
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом .... 54
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта 56
4.3.2 План проект 57
4.4 Бюджет научного исследования 59
4.5 Организационная структура проекта 65
4.6 План управления коммуникациями проекта 65
4.7 Реестр рисков проекта 65
4.8 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности 66
4.8.1 Оценка абсолютной эффективности исследования . ... 66
4.8.2 Оценка сравнительной эффективности исследования . . 70
5 Социальная ответственность 74
Введение 74
5.1 Производственная безопасность 74
5.1.1 Отклонение показателей микроклимата 74
5.1.2 Превышение уровня шума 76
5.1.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений . . . 77
5.1.4 Поражение электрическим током 78
5.1.5 Освещенность 80
5.1.6 Пожарная опасность 83
5.2 Экологическая безопасность 85
5.2.1 Анализ влияния процесса исследования на окружающую
среду 85
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 86
5.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при проведении исследований 86
5.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка действия в случае возникновения ЧС. . 86
Выводы по разделу социальная ответственность 87
6 Заключение 88
Список использованных источников 89
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Параметры резонансного взаимодействия
Уровни верхних состояний
Раздел на иностранном языке
Колебательно-вращательная молекулярная спектроскопия - наука, позволяющая с высокой точностью определять некоторые внутренние параметры различных молекул, открывая дорогу к лучшему пониманию устройства микромира и решению многих прикладных задач. Основным экспериментальным инструментом колебательно-вращательной молекулярной спектроскопии является изучение и анализ спектров поглощения молекул. Используя этот инструмент, данная наука способна получать информацию о магнитном и электрическом моментах, внутримолекулярном силовом поле, структурных постоянных молекул и межмолекулярном потенциале. Знания о вышеуказанных характеристиках находят свое применение в таких областях науки как молекулярная физика, химия, биология и астрофизика.
Одной из молекул, представляющих интерес в современной молекулярной спектросокпии, является молекула этилена, которая играет важную роль как в жизни растений, выступая в роли гормона, так и в метаболизме животных. Этилен представляет огромный интерес для проблем химии атмосферы Земли [1], так как он является одним из парниковых газов. Присутствие этилена отмечается в атмосферах других планет солнечной системы [2-5], как и в объектах за пределами солнечной системы. К примеру, энергетическая структура молекулы этилена, информация о которой получена на прямую из анализа колебательно-вращательных спектров поглощения, была необходима в работе [6], посвященной исследованию облака газа этой молекулы вокруг звездного объекта IRC+10216. Для ученых в области спектроскопии этилен был интересен ввиду сильного поглощения излучения в ИК (инфракрасной) области спектра и богатой колебательно-вращательной структуры самой молекулы. Такие особенности сделали возможным использование этилена в качестве прототипа для проверки различных техник в молекулярной спектроскопии, как, например, использование метода «темных» состояний. Последний будет использован и в настоящей работе.
Стоит отметить также и далеко идущую цель в изучении молекулы этилена и ее изотопологов. Ввиду широкого развития моделей в колебательно-вращательной спектроскопии, открыты возможности изучения сложнейших энергетических структур, с учетом резонансов. При этом погрешность в изучении таких структур сопоставима с экспериментальной. После определения энергетической структуры молекулы, открывается возможность определения параметров эффективного гамильтониана - математической модели, описывающей общую энергию молекулы. Первое описание такого гамильтониана для изолированной системы было выполнено Уотсоном [7]. Точное определение параметров этой модели, в свою очередь, дает возможность определения функции потенциальной поверхности (ФПП), которая определяет внутреннюю колебательную динамику молекулы описывая взаимодействие ядер атомов в различных конфигурациях. Имея полную информацию о параметрах ФПП, можно найти точные величины собственных значений гамильтониана молекулы ввиду вклада потенциальной энергии V в полную энергию молекулы (77 = Т + V). Однако, определение параметров ФПП возможно только при использовании наряду с высокоточной информацией о материнской молекуле соответствующей информации о различных ее изотопологах, таких как cis—C2H2D2, trans—C2H2D2, C2HD3, C2H3D. Этот факт диктует необходимость в наиболее полном исследовании всех перечисленных выше молекул, но даже исследование части спектра одного изотополога является сложной и масштабной задачей, требующей тщательного подхода.
Исходя из вышесказанного, был определен объект исследования: энергетическая структура монодейтерированного этилена.
Предметом исследования выступает спектр поглощения молекулы монодейтерированного этилена C2H3D в диапазоне 600-1300 см—1, где расположены сильно-взаимодействующие полосы п4, п6, п7, ш и ^ю.
Цель работы - провести интерпретацию спектра высокого разрешения молекулы C2H3D и восстановить параметры эффективного гамильтониана.
Положение, выносимое на защиту: Было показано, что учет резонансов типа кориолиса позволяет описывать с точностью, близкой к экспериментальной погрешности, положения линий для нижних фундаментальных полос
Одной из молекул, представляющих интерес в современной молекулярной спектросокпии, является молекула этилена, которая играет важную роль как в жизни растений, выступая в роли гормона, так и в метаболизме животных. Этилен представляет огромный интерес для проблем химии атмосферы Земли [1], так как он является одним из парниковых газов. Присутствие этилена отмечается в атмосферах других планет солнечной системы [2-5], как и в объектах за пределами солнечной системы. К примеру, энергетическая структура молекулы этилена, информация о которой получена на прямую из анализа колебательно-вращательных спектров поглощения, была необходима в работе [6], посвященной исследованию облака газа этой молекулы вокруг звездного объекта IRC+10216. Для ученых в области спектроскопии этилен был интересен ввиду сильного поглощения излучения в ИК (инфракрасной) области спектра и богатой колебательно-вращательной структуры самой молекулы. Такие особенности сделали возможным использование этилена в качестве прототипа для проверки различных техник в молекулярной спектроскопии, как, например, использование метода «темных» состояний. Последний будет использован и в настоящей работе.
Стоит отметить также и далеко идущую цель в изучении молекулы этилена и ее изотопологов. Ввиду широкого развития моделей в колебательно-вращательной спектроскопии, открыты возможности изучения сложнейших энергетических структур, с учетом резонансов. При этом погрешность в изучении таких структур сопоставима с экспериментальной. После определения энергетической структуры молекулы, открывается возможность определения параметров эффективного гамильтониана - математической модели, описывающей общую энергию молекулы. Первое описание такого гамильтониана для изолированной системы было выполнено Уотсоном [7]. Точное определение параметров этой модели, в свою очередь, дает возможность определения функции потенциальной поверхности (ФПП), которая определяет внутреннюю колебательную динамику молекулы описывая взаимодействие ядер атомов в различных конфигурациях. Имея полную информацию о параметрах ФПП, можно найти точные величины собственных значений гамильтониана молекулы ввиду вклада потенциальной энергии V в полную энергию молекулы (77 = Т + V). Однако, определение параметров ФПП возможно только при использовании наряду с высокоточной информацией о материнской молекуле соответствующей информации о различных ее изотопологах, таких как cis—C2H2D2, trans—C2H2D2, C2HD3, C2H3D. Этот факт диктует необходимость в наиболее полном исследовании всех перечисленных выше молекул, но даже исследование части спектра одного изотополога является сложной и масштабной задачей, требующей тщательного подхода.
Исходя из вышесказанного, был определен объект исследования: энергетическая структура монодейтерированного этилена.
Предметом исследования выступает спектр поглощения молекулы монодейтерированного этилена C2H3D в диапазоне 600-1300 см—1, где расположены сильно-взаимодействующие полосы п4, п6, п7, ш и ^ю.
Цель работы - провести интерпретацию спектра высокого разрешения молекулы C2H3D и восстановить параметры эффективного гамильтониана.
Положение, выносимое на защиту: Было показано, что учет резонансов типа кориолиса позволяет описывать с точностью, близкой к экспериментальной погрешности, положения линий для нижних фундаментальных полос
В результате выполнения данной работы был проведен анализ спектра высокого разрешения поглощения молекулы C2H3D в диапазоне 600-1300 см-1 где локализованы сильно-взаимодействующие полосы и4, и6, и7, у8 и ^10. После анализа спектра к исследуемым полосам было отнесено 27950 экспериментальных линий с максимальными квантовыми числами Jmaxи Kmax50 и 26 соответственно. В работе использовалась теоретическая модель эффективного гамильтониана, включающая в себя как взаимодействие пяти исследуемых полос друг с другом, так и их взаимодействие с дополнительным состоянием (фз = 1). В теоретической модели учитывались параметры взаимодействий типа Кориолиса, главные вклады которых были рассчитаны на основании известных значений квадратичных параметров функции потенциальной поверхности этилена. Было показано, что учет этих параметров в теоретической модели гамильтониана позволяет восстанавливать экспериментальные данные с точностью drms= 1,7 • 10-4см-1для 4028 определенных в работе верхних уровней энергий и с точностью drms= 2,1 • 10-4см-1для 24000 и более экспериментальных линий. Было показано, что учет резонансов типа кориолиса позволяет описывать с точностью, близкой к экспериментальной погрешности, положения линий для нижних фундаментальных полос. Расчет без учета этих параметров оказался неудовлетворительным.