THz spektroskopija lahko pomaga razložiti anomalije vode

Innovations using terahertz waves (Junij 2019).

Anonim

Tekoča voda ohranja življenje na zemlji, vendar njene fizične lastnosti ostajajo skrivnostne med znanstvenimi raziskovalci. V zadnjem času je skupina švicarskih raziskovalcev uporabila obstoječe tehnike spektroskopije THz za merjenje vodikove vezave tekoče vode. Prihodnja prizadevanja s to tehniko lahko nekega dne pomagajo razložiti posebne lastnosti vode. Ekipa poroča o svojih ugotovitvah v časopisu kemijske fizike.

"Kaj je ta papir poseben vidik THZ spektroskopije tekočine. V območju THz spektroskopijo eksplicitno izrašamo medmolekularnih stopenj svobode sistema v študiji, da bi ga kontrastirali z intramolekularnimi stopnjami svobode", je dejal Peter Hamm, avtor na papirju. "S THz spektroskopijo lahko zelo neposredno pogledamo vezavo vodika med različnimi molekulami vode."

Raziskovalci uporabljajo spektroskopijo za merjenje interakcije snovi s svetlobo in sklepajo nekaj fizične sestave. V tem poskusu so raziskovalci navdušili molekulo barvila, ki je bila raztopljena v vodi z ultrazvočnim vidnim laserskim impulzom, s spreminjanjem razporeditve naboja. Nato je impulz THz izmeril odziv molekul okoliške vode kot funkcija časa po tem procesu vzbujanja.

Tz spektroskopija, ki je sorazmerno nizka frekvenca, omogoča raziskovalcem, da preučijo sile, ki obstajajo med molekulami vode. Upoštevanje teh intermolekularnih sil lahko raziskovalcem pomaga razumeti anomalije vode, ker vezava vodika v molekulah tekoče vode predstavlja veliko nepričakovanih lastnosti vode, kot je njena nenavadna gostota največ 4 stopinje Celzija.

"Odziv, ki smo ga našli v frekvenčnem območju THz, je bil presenetljivo počasen. Voda se navadno šteje za zelo hitro topilo z odzivom v podpikosičnem območju, vendar smo v THz našli časovni okvir okoli 10 pikosekund, " je dejal Hamm. Pričakovani počasni čas so pripisovali kolektivni naravi odziva vode, ki je bil proučen s THz spektroskopijo.

Hamm je pojasnil, da raziskovalci že več kot 20 let uporabljajo THz spektroskopijo in opozoril na optimizem o rezultatih. "Rezultat je bil pogosto malce razočarljiv, ker so THz spekter tekočin, kot je voda, izredno široki in zamegljeni, zato je zelo težko pridobiti informacije iz tega, " je dejal. Tečasno rešene tehnike, tako kot v tej študiji, bi lahko premagale to omejitev.

Nato raziskovalci nameravajo uporabiti svojo metodo, da preučijo vodno strukturo in dinamiko, ko je še vedno tekoča, vendar pod zamrznjeno točko. Hamm je pojasnil: "Posebne lastnosti vode postanejo bistveno bolj izrazite, če greste na temperature pod zmrziščjo."

menu
menu