[发明专利]受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种受激氢键中分段长度和能量的测定方法，尤其涉及一种受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法。

背景技术

氢键(O:H-O，或者拓展为X:H-Y，其中X和Y电负性强于H，如N和F)对我们的日常生活至关重要。O:H非键和O-H共价键的键长和键能以及极化在外界条件例如外加电场、磁场、机械压缩和拉伸、原子低配位、热激励等作用下的变化对调控药品、食品、疏水和亲水界面功能表现以及制氢等工业过程至关重要。(本文中“：”代表相邻氧原子上的孤对电子对，“-”表示成键共用电子对。)

然而，现有的检测技术或者数值方法还无法提供在外界刺激或受限条件下氢键键长和键能改变的定量信息或弛豫趋势。例如，中子衍射和X射线衍射实验根据结构因子和径向分布函数探测O-O间距，而无法区分在相邻O^2-离子间H⁺质子的位置。OK-边缘吸收或发射电子谱收集的是结合能位移信息，其正比于H-O共价键键能的(～4.0eV)，而O:H非键的键能0.1eV(不足前者2.5％)的作用可以忽略不计。由于低灵敏度、低信噪比以及“特征不明”，O:H非键声子频率(ω_L≤200cm^-1)并没有得到足够重视。

图1(a)所示为Cu(111)面基板上8-羟基喹啉(8-hq)分子中单个氢键的实空间可视图，揭示了非键与弱电荷分配之间的作用；借助原子力显微镜，分辨出氢键网络，成键位置、方向和长度(J.Zhang,P.C.,B.Yuan,W.Ji,Z.Cheng,andX.Qiu,Real-SpaceIdentificationofIntermolecularBondingwithAtomicForceMicroscopy.Science,2013.342(6158):p.611-614)。图1(b)所示为5K时，使用超高真空扫描隧道显微镜观察到的NaCl基质上四聚物水分子的实空间图像以及LUMO和HOMO电子轨道图，(b)中的LUMO(高于费米能级)以及HOMO(低于费米能级)表示轨道能量状态。(Guo,J.,etal.,Real-spaceimagingofinterfacialwaterwithsubmolecularresolution.NatMater,2014.13(2):p.184-9)。

像图1中所示的分子成像对研究特定条件下单分子的属性确实有用。但是，真实溶液或固相试样中由大量水分子构成的三维氢键网络在工作条件和微扰下的演化和功能显得更为重要。在这样的凝聚状态下的氢键的表现对于实际应用至关重要。因此，现有用来采集和提炼不同情况下氢键(O:H-O)键长和键能协同弛豫的综合信息的一系列理论，技术以及数值方法并不理想。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法，通过该方法可以获得定量的、精炼的O:H非键和H-O共价键分段键长、键能以及弛豫的信息。可适用于对水溶液，血液，体液，尿液，奶制品，食品，药物以及水/蛋白质，疏水/亲水界面等液相和固相体系。也适用于电场、磁场、分子低配位、机械压缩/拉伸、热激发等场作用。此外，通过本发明的方法也可以确定诸如黏度、相变临界温度、极化和去极化等特性，这将使得人们可以按照所需的实际情况来调控氢键(O:H-O)。

本发明的受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法，该方法包括声子微分计量谱分析和配位选区声子微分计量谱分析两步，具体步骤如下

一、声子微分计量谱分析：

1)用拉曼光谱仪测量50–4000cm^-1频率范围或用红外光谱仪测量400–4000cm^-1频率范围内常温常压下去离子水(18.2MΩ·cm)的声子谱，作为参考谱；

2)相同测试条件下，测量待测样品相应的光谱，获得样品谱；

3)将得到的所有光谱扣除背景后分别进行面积归一化处理；

4)当待测样品中溶质的光谱与水的光谱无重叠部分时，将经3)处理后的样品谱减去对应的参考谱，得到该样品的声子微分谱；

当待测样品中溶质的光谱与水的光谱有重叠部分时，则先从经3)处理后的样品谱中扣除溶质信号的影响后再减去对应的参考谱，得到该样品的声子微分谱；所述的扣除溶质信号影响采用如下公式：

ΔI＝I_样品谱-[xI_溶质+(1-x)I_去离子水]