Помощь студентам в учебе
Исследование спектров молекул типа сферического волчка
|
Реферат 9
Введение 15
Глава 1. Литературный обзор 17
Введение 17
1.1. Важность и полезность исследуемых молекул 18
1.1.1. Представление 18
1.1.2. Молекула GeH4 20
1.1.3. Молекула CH4 24
1.1.4. Молекула CD4 27
1.2. Методы теоретического исследования 29
1.2.1. Обзор ключевых особенностей моделирования
сферических волчков (СВ) 29
1.2.2. Модель эффективного гамильтониана 35
1.3. Применение инфракрасной спектроскопии 40
Заключение 43
Глава 2. Исследование спектров молекул типа сферического волчка на примере CD4 45
Введение 45
2.1. Эксперименты 46
2.2. Общие сведения о зарегистрированных спектрах 47
2.3. Теоретическая основа 50
2.3.1. Колебательно-вращательные энергии: эффективный
гамильтониан диады диада v2/v4 50
2.3.2. Интенсивность линии и расчет матричных элементов
оператора эффективного дипольного момента 52
2.4. Анализ положения линий и параметры эффективного
гамильтониана для диады v2/v4в 13CD4 55
2.5. Абсолютные интенсивности линий и параметры эффективного
дипольного момента 65
2.5.1. Диада v2/v4в 12CD4 65
2.5.2. Диада v4в 13CD4 69
2.6. Заключение 71
Глава 3. Исследование спектров молекул типа сферического волчка на
примере GeH4 73
Введение 73
3.1. Представление 73
3.2. Экспериментальные данные 75
3.3. Неприводимые тензорные множества и эффективный
гамильтониан молекулы XY4 (Td) 76
3.3.1. Операторы вращения 77
3.3.2. Колебательно-вращательнные функции в
симметризованной форме 80
3.3.3. Эффективный гамильтониан молекулы в присутствии
резонансных взаимодействий 81
3.4. Анализ экспериментальных данных в области диад 84
3.5. Заключение 99
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 101
4.1. Потенциальные потребители результатов исследования 101
4.2. Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научного исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 102
4.2.1. Анализ конкурентных технических решений 102
4.2.2. SWOT-анализ 102
4.3. Планирование научно-технического исследования 105
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования 105
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ и разработка графика проведения 106
4.4. Бюджет научного исследования 110
4.4.1. Расчет материальных затрат научно-технического
исследования 110
4.4.2. Расчет амортизации специального оборудования 111
4.4.3. Основная и дополнительная заработная плата
исполнителей темы 111
4.4.4. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые
отчисления) 113
4.4.5 Накладные расходы 113
4.4.6 Бюджетная стоимость 114
4.5. Ресурсоэффективность 115
4.6. Выводы по разделу 116
Глава 5. Социальная ответственность 119
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 119
5.1.1. Специальные (характерные для рабочей зоны
исследователя) правовые нормы трудового законодательства 119
5.1.2. Эргономические требования к правильному расположению
и компоновке рабочей зоны 120
5.2. Производственная безопасность 121
5.3. Экологическая безопасность 129
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 130
5.5 Выводы по разделу 130
Заключение 132
Список публикаций 134
Приложение 135
Список литературы 139
Введение 15
Глава 1. Литературный обзор 17
Введение 17
1.1. Важность и полезность исследуемых молекул 18
1.1.1. Представление 18
1.1.2. Молекула GeH4 20
1.1.3. Молекула CH4 24
1.1.4. Молекула CD4 27
1.2. Методы теоретического исследования 29
1.2.1. Обзор ключевых особенностей моделирования
сферических волчков (СВ) 29
1.2.2. Модель эффективного гамильтониана 35
1.3. Применение инфракрасной спектроскопии 40
Заключение 43
Глава 2. Исследование спектров молекул типа сферического волчка на примере CD4 45
Введение 45
2.1. Эксперименты 46
2.2. Общие сведения о зарегистрированных спектрах 47
2.3. Теоретическая основа 50
2.3.1. Колебательно-вращательные энергии: эффективный
гамильтониан диады диада v2/v4 50
2.3.2. Интенсивность линии и расчет матричных элементов
оператора эффективного дипольного момента 52
2.4. Анализ положения линий и параметры эффективного
гамильтониана для диады v2/v4в 13CD4 55
2.5. Абсолютные интенсивности линий и параметры эффективного
дипольного момента 65
2.5.1. Диада v2/v4в 12CD4 65
2.5.2. Диада v4в 13CD4 69
2.6. Заключение 71
Глава 3. Исследование спектров молекул типа сферического волчка на
примере GeH4 73
Введение 73
3.1. Представление 73
3.2. Экспериментальные данные 75
3.3. Неприводимые тензорные множества и эффективный
гамильтониан молекулы XY4 (Td) 76
3.3.1. Операторы вращения 77
3.3.2. Колебательно-вращательнные функции в
симметризованной форме 80
3.3.3. Эффективный гамильтониан молекулы в присутствии
резонансных взаимодействий 81
3.4. Анализ экспериментальных данных в области диад 84
3.5. Заключение 99
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 101
4.1. Потенциальные потребители результатов исследования 101
4.2. Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научного исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 102
4.2.1. Анализ конкурентных технических решений 102
4.2.2. SWOT-анализ 102
4.3. Планирование научно-технического исследования 105
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования 105
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ и разработка графика проведения 106
4.4. Бюджет научного исследования 110
4.4.1. Расчет материальных затрат научно-технического
исследования 110
4.4.2. Расчет амортизации специального оборудования 111
4.4.3. Основная и дополнительная заработная плата
исполнителей темы 111
4.4.4. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые
отчисления) 113
4.4.5 Накладные расходы 113
4.4.6 Бюджетная стоимость 114
4.5. Ресурсоэффективность 115
4.6. Выводы по разделу 116
Глава 5. Социальная ответственность 119
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 119
5.1.1. Специальные (характерные для рабочей зоны
исследователя) правовые нормы трудового законодательства 119
5.1.2. Эргономические требования к правильному расположению
и компоновке рабочей зоны 120
5.2. Производственная безопасность 121
5.3. Экологическая безопасность 129
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 130
5.5 Выводы по разделу 130
Заключение 132
Список публикаций 134
Приложение 135
Список литературы 139
С быстрым развитием лазерной спектроскопии высокого разрешения и чувствительности, а также спектроскопии с преобразованием Фурье, понимание молекулярной спектроскопии становится все более сложным, при этом обеспечивающим получение большого количества спектроскопических данных. Эти данные позволяют глубже понять многие свойства и характеристики молекул, такие, например, как потенциальная поверхность энергии молекул, длина межатомных связей, энергии диссоциации и др. Все это может объяснить характер поведения молекул в основном и возбужденном состояниях, а наличие высокоточных молекулярных спектров оказывает важную помощь в изучении поведения конкретных молекул.
Метан CD4 и герман GeH4 обладают высокой симметрией и относятся к молекулам типа сферического волчка XY4.Наличие высокой симметрии в строении таких молекул требует использования специального математического формализма - теории неприводимых тензорных систем для описания их спектров. Применение этого математического аппарата к молекулам типа XY4(группа симметрии изоморфна группе T) многократно упоминалось в спектроскопических исследованиях, поэтому тензорный формализм и его применение в моделировании спектров также будут кратко описаны в данной работе, с обзором основных моментов, необходимых для процедуры решения обратной спектроскопической задачи и нахождения коэффициентов эффективного гамильтониана сферического волчка .
Актуальность данной работы заключается в том, что метан и герман, два из самых распространенных компонент во Вселенной, на протяжении десятилетий являются одними из важных объектов исследования в молекулярной спектроскопии высокого разрешения. В частности, изучение спектроскопических свойств метана и германа представляет большой интерес для астрофизики и планетологии в связи с такими проблемами в атмосфере Земли, как глобальное потепление и формирование климата.
Цель исследования заключается колебательно-вращательного анализа (положения линий и их интенсивности) инфракрасных спектров высокого разрешения молекул 13CD4, 12CD4, 76GeH4 и 74GeH4.
Для достижения поставленной цели требуется решить ряд задач:
1. Определение положений линий в спектре молекул на основе метода комбинационных разностей и метода эффективного гамильтониана.
2. Интерпретация инфракрасных спектров высокого разрешения метана и германа.
3. Решение обратной спектроскопической задачи с определением параметров гамильтониана для корректного описания энергетической структуры исследуемых полос.
В работе были использованы следующие методы: метод инфракрасной спектроскопии, метод модели эффективного гамильтониана, теория изотопного замещения.
В первой части работы дается основное описание трех молекул, а также экспериментальных методов и приложений инфракрасной спектроскопии, связанных с этой темой, что дает читателю лучшее понимание инфракрасной спектроскопии высокого разрешения различных молекул. Вторая и третья главы посвящены молекулярным спектроскопическим исследованиям высокого разрешения метана (изотопы) и гидрида германия (и его изотопов), соответственно. В дополнение к ним в текст включены глава 4, посвященная финансовому менеджменту, эффективности использования ресурсов и ресурсосбережению, и глава 5, посвященная социальной ответственности.
Метан CD4 и герман GeH4 обладают высокой симметрией и относятся к молекулам типа сферического волчка XY4.Наличие высокой симметрии в строении таких молекул требует использования специального математического формализма - теории неприводимых тензорных систем для описания их спектров. Применение этого математического аппарата к молекулам типа XY4(группа симметрии изоморфна группе T) многократно упоминалось в спектроскопических исследованиях, поэтому тензорный формализм и его применение в моделировании спектров также будут кратко описаны в данной работе, с обзором основных моментов, необходимых для процедуры решения обратной спектроскопической задачи и нахождения коэффициентов эффективного гамильтониана сферического волчка .
Актуальность данной работы заключается в том, что метан и герман, два из самых распространенных компонент во Вселенной, на протяжении десятилетий являются одними из важных объектов исследования в молекулярной спектроскопии высокого разрешения. В частности, изучение спектроскопических свойств метана и германа представляет большой интерес для астрофизики и планетологии в связи с такими проблемами в атмосфере Земли, как глобальное потепление и формирование климата.
Цель исследования заключается колебательно-вращательного анализа (положения линий и их интенсивности) инфракрасных спектров высокого разрешения молекул 13CD4, 12CD4, 76GeH4 и 74GeH4.
Для достижения поставленной цели требуется решить ряд задач:
1. Определение положений линий в спектре молекул на основе метода комбинационных разностей и метода эффективного гамильтониана.
2. Интерпретация инфракрасных спектров высокого разрешения метана и германа.
3. Решение обратной спектроскопической задачи с определением параметров гамильтониана для корректного описания энергетической структуры исследуемых полос.
В работе были использованы следующие методы: метод инфракрасной спектроскопии, метод модели эффективного гамильтониана, теория изотопного замещения.
В первой части работы дается основное описание трех молекул, а также экспериментальных методов и приложений инфракрасной спектроскопии, связанных с этой темой, что дает читателю лучшее понимание инфракрасной спектроскопии высокого разрешения различных молекул. Вторая и третья главы посвящены молекулярным спектроскопическим исследованиям высокого разрешения метана (изотопы) и гидрида германия (и его изотопов), соответственно. В дополнение к ним в текст включены глава 4, посвященная финансовому менеджменту, эффективности использования ресурсов и ресурсосбережению, и глава 5, посвященная социальной ответственности.
В рамках настоящей работы получено новое знание об инфракрасных спектрах высокого разрешения молекул метана и германа. Основные результаты можно сформулировать следующим образом:
1. Зарегистрированы ИК-Фурье спектры высокого разрешения молекул 12CD4 и 13CD4 с помощью спектрометре с Фурье преобразованием Bruker IFS 125HR в области диад. На 3633/1927 и 689/212 переходов (что более чем в три раза выше по сравнению с числом известных в литературе переходов для 12CD4 и примерно в 5,3 раза больше по сравнению с числом известных переходов для 13CD4) с Jmax= 31/28 и 23/21 были отнесены к полосам v4/v2 12CD4 и 13CD4.
2. Полученные из взвешенной подгонки наборы эффективных спектроскопических параметров воспроизводят исходные экспериментальные данные с drms = 1.83 х 10-4 см-1 и 2.59 х 10-4 см-1 для видов 12CD4 и 13CD4, соответственно.
3. Абсолютные интенсивности линий 1557 экспериментальных колебательно-вращательных линий диады 12CD4 и 131 экспериментальных колебательно-вращательных линий диады 13CD4 были выполнены с использованием профиля Хартмана-Трана для моделирования измеренной формы линии и определения экспериментальных интенсивностей линий.
4. Определены наборы 6/1 варьируемых параметров эффективного дипольного момента 12CD4/13CD4, которые воспроизводят исходные 1557/131 интенсивности линий с drms = 4.80% и 4.21%.
5. Зарегистрирован ИК-Фурье спектр высокого разрешения 76GeH4 с небольшим количеством 74GeH4 (88,1% 76GeH4 и 11,5% 74GeH4 в образце) в области диады, V2/V4. В результате отнесения экспериментальных переходов 1922 линии со значением Jmax= 26 и 788 линий со значением Jmax= 24 были отнесены к изотопологам 76GeH4 и 74GeH4, соответственно.
6. Набор из 36 спектроскопических параметров воспроизводит положения линии 1922 76GeH4 с drms = 1.81 X 10-4 см-1. Аналогично, дополнительный набор из 11 установленных параметров воспроизводит 788 позиций линий 74GeH4 с drms = 2,05 X10-4см-1.
1. Зарегистрированы ИК-Фурье спектры высокого разрешения молекул 12CD4 и 13CD4 с помощью спектрометре с Фурье преобразованием Bruker IFS 125HR в области диад. На 3633/1927 и 689/212 переходов (что более чем в три раза выше по сравнению с числом известных в литературе переходов для 12CD4 и примерно в 5,3 раза больше по сравнению с числом известных переходов для 13CD4) с Jmax= 31/28 и 23/21 были отнесены к полосам v4/v2 12CD4 и 13CD4.
2. Полученные из взвешенной подгонки наборы эффективных спектроскопических параметров воспроизводят исходные экспериментальные данные с drms = 1.83 х 10-4 см-1 и 2.59 х 10-4 см-1 для видов 12CD4 и 13CD4, соответственно.
3. Абсолютные интенсивности линий 1557 экспериментальных колебательно-вращательных линий диады 12CD4 и 131 экспериментальных колебательно-вращательных линий диады 13CD4 были выполнены с использованием профиля Хартмана-Трана для моделирования измеренной формы линии и определения экспериментальных интенсивностей линий.
4. Определены наборы 6/1 варьируемых параметров эффективного дипольного момента 12CD4/13CD4, которые воспроизводят исходные 1557/131 интенсивности линий с drms = 4.80% и 4.21%.
5. Зарегистрирован ИК-Фурье спектр высокого разрешения 76GeH4 с небольшим количеством 74GeH4 (88,1% 76GeH4 и 11,5% 74GeH4 в образце) в области диады, V2/V4. В результате отнесения экспериментальных переходов 1922 линии со значением Jmax= 26 и 788 линий со значением Jmax= 24 были отнесены к изотопологам 76GeH4 и 74GeH4, соответственно.
6. Набор из 36 спектроскопических параметров воспроизводит положения линии 1922 76GeH4 с drms = 1.81 X 10-4 см-1. Аналогично, дополнительный набор из 11 установленных параметров воспроизводит 788 позиций линий 74GeH4 с drms = 2,05 X10-4см-1.