硫酸鹽分子結(jié)構(gòu)研究

王 妍，孫春梅，高海燕，孟露，吳子騰，鹿永鑫，李佳欣，吳夢謠

（1.石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035；2.石家莊市第十七中學(xué)，河北 石家莊 050051；3.石家莊一中東校區(qū)，河北 石家莊 050035）

0 引 言

硫代硫酸鈉、硫酸鈉和亞硫酸鈉是硫酸工業(yè)重要的下游產(chǎn)品，在工農(nóng)業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。硫代硫酸鈉、硫酸鈉和亞硫酸鈉化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，其結(jié)構(gòu)研究困擾著硫酸工業(yè)的技術(shù)人員。中紅外（MIR）光譜法具有簡便、快捷、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)物結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，但同時(shí)開展對硫代硫酸鈉、硫酸鈉和亞硫酸鈉進(jìn)行MIR 光譜分析的研究未見報(bào)道。

因此，本文以硫代硫酸鈉、硫酸鈉和亞硫酸鈉為研究對象，分別開展了MIR 光譜研究，對硫酸工業(yè)領(lǐng)域具有一定的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材 料

無水硫酸鈉；無水亞硫酸鈉；硫代硫酸鈉。

1.2 儀 器

Spectrum 100 型傅里葉紅外光譜儀；Golden Gate 型單次內(nèi)反射ATR-FTIR 附件。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

以空氣為背景，溫度設(shè)定303K，每次對于信號(hào)進(jìn)行8 次掃描累加，通過PE 公司Spectrum v 6.3.5 操作軟件獲得MIR 光譜數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

采用MIR 光譜（包括一維MIR 光譜、二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜、四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜及去卷積MIR 光譜） 分別開展了對3 種硫酸鹽分子結(jié)構(gòu)研究。

2.1 硫酸鹽分子一維MIR 光譜研究

采用一維MIR 光譜開展了硫酸鹽分子的結(jié)構(gòu)研究，硫酸鹽分子一維MIR 光譜（303 K） 如圖1所示。

圖1 硫酸鹽分子一維MIR 光譜（303 K）Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

由圖1 可以看出，硫代硫酸鈉結(jié)構(gòu)的一維MIR光譜圖1A 中，發(fā)現(xiàn)1 161.17 cm-1和1 111.40 cm-1處吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（νasSO4-硫代硫酸鈉一維）。

硫酸鹽分子一維MIR 光譜數(shù)據(jù)（303 K） 見表1。

表1 硫酸鹽分子一維MIR 光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table.1 Data of one-dimensional MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

2.2 硫酸鹽分子二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜研究

硫酸鹽分子二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（303 K） 如圖2 所示。

圖2 硫酸鹽分子二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（303 K）Fig.2 Second derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

由圖2 可以看出，硫代硫酸鈉分子結(jié)構(gòu)的二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜如圖2A 中發(fā)現(xiàn)1 162.11 cm-1和1 113.17 cm-1處吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（νasSO4-硫代硫酸鈉-二階導(dǎo)數(shù)）。

1 013.85 cm-1和994.03 cm-1處吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（νsSO4-硫代硫酸鈉-二階導(dǎo)數(shù)）。

664.52 cm-1處的吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（δasSO4-硫代硫酸鈉-二階導(dǎo)數(shù)）。

硫酸鈉分子的二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜如圖2B 中發(fā)現(xiàn)1 118.37 cm-1和1 093.84 cm-1處吸收峰歸屬于硫酸鈉分子SO4（νasSO4-硫酸鈉一二階導(dǎo)數(shù)）；636.42 cm-1處的吸收峰歸屬于硫酸鈉分子SO4（δasSO4-硫酸鈉-二階導(dǎo)數(shù)）。接著亞硫酸鈉分子結(jié)構(gòu)的二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜如圖2C，其中978.63 cm-1和954.41 cm-1處的吸收峰歸屬于亞硫酸鈉分子SO3（νasSO3-亞硫酸鈉-二階導(dǎo)數(shù)）；628.71 cm-1處的吸收峰歸屬于亞硫酸鈉分子SO3（βSO3-亞硫酸鈉-二階導(dǎo)數(shù)）。

硫酸鹽分子二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜數(shù)據(jù)（303 K）見表2。

表2 硫酸鹽分子二階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table.2 Data of second derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

2.3 硫酸鹽分子四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜研究

硫酸鹽分子四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（303 K） 如圖3 所示。

圖3 硫酸鹽分子四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（303 K）Fig.3 Fourth derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

由圖3 可以看出，硫代硫酸鈉分子結(jié)構(gòu)的四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（圖3A） 中，1 162.59 cm-1，1 153.72 cm-1，1 129.00 cm-1和1 114.03 cm-1處吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（νasSO4-硫代硫酸鈉-四階導(dǎo)數(shù)）。

1 014.33 cm-1和995.38 cm-1處吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（νsSO4-硫代硫酸鈉-四階導(dǎo)數(shù)）。

656.90 cm-1處的吸收峰歸屬于硫代硫酸鈉分子SO4（δasSO4-硫代硫酸鈉-四階導(dǎo)數(shù)）。

硫酸鈉分子結(jié)構(gòu)的四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（圖3B） 中，1 100.15 cm-1處吸收峰歸屬于硫酸鈉分子SO4（νasSO4-硫酸鈉一四階導(dǎo)數(shù)）。

635.68 cm-1處的吸收峰歸屬于硫酸鈉分子SO4（δasSO4-硫酸鈉-四階導(dǎo)數(shù)）。

亞硫酸鈉分子結(jié)構(gòu)的四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜（圖3C） 中，979.77 cm-1處的吸收峰歸屬于亞硫酸鈉分子SO3（νasSO3-亞硫酸鈉-四階導(dǎo)數(shù)）。

628.80 cm-1處的吸收峰歸屬于亞硫酸鈉分子SO3（βSO3-亞硫酸鈉-四階導(dǎo)數(shù)）。硫酸鹽分子主要官能團(tuán)四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜數(shù)據(jù)見表3。

表3 硫酸鹽分子主要冠能團(tuán)四階導(dǎo)數(shù)MIR 光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table.3 Data of fourth derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

2.4 硫酸鹽分子去卷積MIR 光譜研究

硫酸鹽分子去卷積MIR 光譜（303 K） 如圖4所示。

圖4 硫酸鹽分子去卷積MIR 光譜（303 K）Fig.4 Deconvolution MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

進(jìn)一步開展了硫代硫酸鈉、硫酸鈉及亞硫酸鈉分子的去卷積MIR 光譜研究（圖4）。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其對應(yīng)的光譜信息過于復(fù)雜，很難對相應(yīng)的官能團(tuán)進(jìn)行歸屬。硫酸鹽分子主要官能團(tuán)去卷積MIR 光譜數(shù)據(jù)見表4。

表4 硫酸鹽分子去卷積MIR 光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table.4 Data of deconvolution MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

續(xù)表

3 結(jié) 語

采用MIR 光譜開展硫酸鹽（包括硫代硫酸鈉、硫酸鈉和亞硫酸鈉） 的分子結(jié)構(gòu)研究。研究發(fā)現(xiàn)，3 種硫酸鹽的紅外吸收模式存在著較大的差異性，采用MIR 光譜可以快速的開展3 種硫酸鹽的結(jié)構(gòu)鑒別研究，具有重要的應(yīng)用研究價(jià)值。