一种基于声子谱的氢键几何的定量测定方法

本发明涉及物理化学，具体涉及一种基于声子谱的氢键几何的定量测定方法。

背景技术：

1、水是一切生命的起源和重要组成部分。虽然它的化学组分非常简单，但它的所有可测物性皆反常。然而，人们对冰水反常物性的认知远未达成一致，其根本原因在于对最为基础的氢键结构欠缺统一和透彻的认识。也正因此，氢键几何的重要性往往被忽略。4℃体相纯水的密度为1.0g·cm-3，其水分子间距为冰的密度最小仅为0.92g·cm-3，相应的水分子间距比体相纯水的大，为故而冰浮于水面。水表皮的密度可低至0.75g·cm-3，相应的水分子间距增至因此极化程度大幅增加，使表皮呈超韧性。人们经常摄食重盐食物容易导致高血压，因为血液中水的含量高达90％，摄入的盐会极化引起水分子中氢键尺寸增大而增加血液的黏稠度。可见，定量标定水及水溶液环境中氢键几何对于理解以致调制其相关物性非常关键。

2、氢键几何参数的标定通常应用谱学方法，如通过中子衍射和x-射线衍射实验可以获得水分子的结构因子和径向分布函数，以此测算水分子间的距离doo，但难以辨析共价键长dh和非键键长dl两个分段长度，更无法实现氢键几何参数在变温、变压或受限等受激条件下的演化情况监测。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，以解决现有技术难以辨析共价键长和非键键长、无法对氢键几何参数在不同条件下演化情况进行监测的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，具体包括如下步骤：

4、步骤1：在不同条件下，将可溶性物质溶于水得到待测样品，对待测样品进行拉曼光谱测量，获取h—o频段的振动谱峰，确定不同条件下的ωh值；其中，ωh为h—o键的高频声子值；

5、步骤2：将ωh值代入如下算式，计算得到dh、dl及doo；

6、

7、doo ＝ dh + dl                                        (2)；

8、dl＝2.5621×[1-0.005exp(dh/0.2428)]                  (3)；

9、ωh＝ωh0{a+bexp[c(dh-dh0)/dh0]}                  (4)；

10、其中，ωh0＝3150cm–1。当待测样品为固态时，a＝0.8637，b＝0.0574，c＝–49.328；当待测样品为液态时，a＝1.0499，b＝–0.0163，c＝134.194。ρ为冰水的密度，doo为水分子间距，dl为o:h键的长度，dh为h—o键的长度。

11、优选地，所述不同条件包括不同温度、不同压强、不同维度。此处维度是指待测样品在尺寸上的差异，零维度为点，一维为纳米线，二维为薄膜，三维为块体，例如，大体积的水为三维，水膜为二维，水团簇为零维度等。

12、优选地，所述可溶性物质为溶于水的物质。

13、优选地，所述待测溶液为含有不同浓度可溶性物质的水溶液。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、1、本发明为氢键几何的测定提供了全新的思路和理论及技术指导，不仅是科学理论的突破，对实际应用也具有重要意义。

16、2、本发明所述方法通过对不同外界激励如变温、变压、低配位、水合等作用情况下氢键分段键长及水分子间距的测定，可以澄清系列冰水反常物性蕴藏的物理机制。

17、3、本发明优化并整合了固态和液态冰水氢键几何与声子振频之间的定量关系，使氢键几何标定不局限于冰水的相态。

18、4、本发明所建立的冰水密度、水分子尺寸、水分子间距、氢键高频声子之间的定量关系，可以实现只需明确定量关系式中涉及所有物理量中的一个，其余所有物理量皆可获得。

19、5、本发明所述方法思路清晰，技术便捷，可广泛应用于生物医药、卫生保健、环境能源、化学化工、食品健康等领域。

技术特征：

1.一种基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，其特征在于，所述不同条件包括不同温度、不同压强、不同维度。

3.根据权利要求1所述基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，其特征在于，所述可溶性物质为溶于水的物质。

4.根据权利要求1所述基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，其特征在于，所述待测溶液为含有不同浓度可溶性物质的水溶液。

技术总结
本发明公开了一种基于声子谱的氢键几何的定量测定方法，基于氢键各分段键长之间、键长与声子频率之间的协同关系，本发明通过对不同外界激励如变温、变压、低配位、水合等作用情况下氢键分段键长及水分子间距的测定，澄清系列冰水反常物性蕴藏的物理机制。本发明所述方法思路清晰，技术便捷，可广泛应用于生物医药、卫生保健、环境能源、化学化工、食品健康等领域。

技术研发人员：黄勇力,龚婷,张希,孙长庆,吴堂清
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13