Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСІТЕТ

імені І.І. МЕЧНІКОВА

УДК 538.9, 535.36

На правах рукопису

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Особливості аномального світлорозсіяння у розчинах з сильними водневими зв'язками

01.04.14 - Теплофізика та молекулярна фізика.

Чечко Володимир Євгенійович

Одеса 2011

Робота виконана на кафедрі загальної та хімічної фізики та в Науково-дослідному інституті фізики Одеського національного університету імені І. І. Мечникова.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцент Гоцульський Володимир Якович доцент кафедри загальної та хімічної фізики Одеського національного університету імені І. І. Мечникова

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Михайленко Віталій Іванович, зав. кафедри фізики і хімії Одеської національної морської академії;

доктор фізико-математичних наук, професор Сисоєв Володимир Михайлович, професор кафедри молекулярної фізики Київського національного університету імені Т. Г. Шевченко

Захист відбудеться 17.06.2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.051.01 Одеського національного університету імені І.І. Мечникова (65026, м. Одеса, вул. Пастера, 27, Велика фізична аудиторія).

З дисертацією можна ознайомитись у Науковій бібліотеці Одеського національного університету імені І.І. Мечникова за адресою: м. Одеса, вул. Преображенська, 24.

Автореферат розісланий 13.05. 2011 р.

Учений секретар Спеціалізованої

Вченої ради, к.ф.-м.н., доцентО.П.Федчук

світлорозсіяння спирт термодинамічний водневий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Фізика конденсованого стану речовини та фізика рідин зокрема постійно знаходяться у центрі уваги дослідників. Багато експериментальних та теоретичних робіт у цій області фізики дозволили створити добре узгоджену систему поглядів та адекватно описати більшість ефектів, що спостерігаються. Але деякі явища, до яких належить низькоконцентраційний максимум світлорозсіяння, зафіксований у певних розчинах, дотепер викликають різночитання у трактуванні та описі. Цей додатковий максимум світлорозсіяння частіше називають аномальним низькоконцентраційним максимумом світлорозсіяння (АНМС).

Тривалий час після виявлення АНМС результати досліджень, проведених різними групами, не мали єдиної оцінки. Тому дослідження не отримали інтенсивного розвитку. Основна маса подальших робіт з АНМС проводилась у СРСР, а пізніше у Росії та Україні. Полеміка велася не тільки навколо інтерпретації отриманих результатів і запропонованих фізичних моделей АНМС, але й питання про існування даного ефекту як такого. Аргументом дослідників для сумнівів була відсутність АНМС в деяких випадках. Так, наприклад, Бір та Джоллі спостерігали його тільки після прогріву розчину до 70-80 ^оС. Але у групі М.Ф.Вукса після прогріву розчину АНМС не спостерігався, і для отримання ефекту проводилась його вакуумна перегонка. Деякі дослідники не реєстрували АНМС, проводячи дослідження в розчинах одразу після їх приготування. У цих випадках інтенсивність розсіяного світла випадково змінювалась у часі.

Причинами відсутності ефекту є достатньо вузький концентраційний діапазон, в якому він спостерігається (0,03-0,09 мольних часток), і низька щільність експериментальних точок в ньому, що не дозволяє точно знайти максимум АНМС. Не менш істотною причиною розбіжностей у поглядах на АНМС є часте невідтворення результатів за величиною інтенсивності розсіяного світла при збереженні характеру її концентраційної й температурної залежностей. Тільки з середини 90х років минулого століття до 2005-6 років в кількох групах були отримані узгоджені результати. Дослідники не обмежувались водно-спиртовими розчинами і спостерігали АНМС у різних групах розчинів (вода-електроліти, спирти-електроліти, вода-поверхнево-активні речовини та інші). Запропоновано декілька моделей опису даного ефекту. Однак, єдиного розуміння АНМС немає й дотепер.

Низка теоретичних робіт, проведених в Одеському національному університеті імені І.І. Мечникова, дозволила сформулювати новий підхід до опису АНМС. Ефект можна пояснити на основі кластерної моделі розчинів. Виходячи з неї, можна показати, що розсіяння спостерігається у вузькій області концентрацій і максимум повинен розташовуватись в інтервалі 0,03-0,06 мольних часток для більшості груп речовин.

У зв'язку з цим була поставлена задача детального дослідження температурних і концентраційних залежностей інтенсивності світлорозсіяння АНМС у водних розчинах деяких спиртів. Молекулярна структура таких систем визначається наявністю сітки водневих зв'язків. Оптичні методи дослідження конденсованого стану речовин - одні з найбільш інформативних. Окрім цього, вони не вносять збурення у речовину, яка досліджується. У роботі використовувались як методи інтегрального розсіяння світла, так і кореляційна спектроскопія. Ці методи доповнюють один одного і дозволяють більш детально описати картину фізичних явищ.

В якості основних досліджуваних речовин взяті такі представники групи спиртів, як гліцерин та гліколь. Такий вибір зумовлено великим інтересом, який вони разом з деякими іншими неелектролітами мають з точки зору створення молекулярної теорії розчинів та їх практичного застосування, наприклад, в якості захисних агентів в кріобіології. У деяких випадках застосування таких речовин теоретично необґрунтоване, а є тільки емпіричною методикою використання розчинів, що мають концентрації з вищезгаданого інтервалу. До цього часу не існує універсальних принципів, завдяки яким можливо здійснювати підбір або синтез кріопротекторів з конкретними властивостями по відношенню до біологічного об'єкту, що консервується.

Результати роботи дозволять виявити особливості АНМС, які заважають відтворенню ефекту, підтвердити новий підхід до його опису, а також можуть обґрунтувати емпіричні методики застосування розчинів з сильними водневими зв'язками взагалі та водно-гліцеринових розчинів зокрема.

Зв'язок роботи є науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі загальної та хімічної фізики та в Науково-дослідному інституті фізики Одеського національного університету імені І. І. Мечникова.. Тема дисертації пов'язана з держбюджетними темами: № 518 (1994-1996, номер держреєстрації 01094U044446), № 417 (2009-2010, номер держреєстрації 0109U000902).

Мета роботи: виявити особливості світлорозсіяння в області аномального максимуму світлорозсіяння розбавленими водними розчинами деяких спиртів і експериментально обґрунтувати новий підхід до опису цього явища на основі кластерної моделі таких розчинів.

Відповідно до чого ставилися задачі:

Детальне експериментальне дослідження температурних та концентраційних залежностей інтенсивності розсіяного світла в області аномального низькоконцентраційного максимуму світлорозсіяння.

З'ясування концентраційної залежності коефіцієнта деполяризації у водних розчинах поблизу аномального низькоконцентраційного максимуму розсіяння світла.

Виявлення характерних часів колективних рухів у водних розчинах з сильними водневими зв'язками.

Виявлення закономірностей часової поведінки встановлення термодинамічної рівноваги в розчинах з сильними водневими зв'язками.

Об'єкт дослідження. Особливості аномальної поведінки світлорозсіяння при малих концентраціях у водно-спиртових розчинах.

Предмет дослідження. Часова, температурна і концентраційна поведінка додаткового (аномального) максимуму розсіяння світла у водно-гліцеринових і водно-гліколевих розчинах.

Методи дослідження. Для розв'язання поставлених в роботі задач по дослідженню температурної та концентраційної залежності інтенсивності розсіяного світла, а також виявлення закономірностей часової поведінки встановлення термодинамічної рівноваги в області аномального низькоконцентраційного максимуму розсіяння світла застосовувалися методи інтегрального розсіяння світла і кореляційної спектроскопії (динамічного розсіювання світла).

Наукова новизна.

1. Вперше проведено детальні комплексні експериментальні дослідження температурних і концентраційних залежностей параметрів ефекту АНМС в однотипних розчинах з сильними водневими зв'язками (водних розчинах легких спиртів), що дозволило підтвердити адекватність застосування кластерного підходу в описі таких аномалій.

2. У рамках кластерного підходу отримано результати, згідно з якими часткова структуризація розчину відбувається на просторових масштабах значно більших, ніж оцінені характерні розміри окремого кластера.

3. Розроблено нові кореляційні методи дослідження структурних неоднорідностей в рідких середовищах і створена установка для їх реалізації. За їх допомогою вперше отримано залежності характерних розмірів оптичних неоднорідностей від концентрації і температури в термодинамічно рівноважних водних розчинах гліцерину, які підтверджують адекватність кластерної моделі опису явища і припущення про утворення перколяційного кластера в області АНМС.

4. Вперше виявлено закономірності динаміки процесу встановлення термодинамічної рівноваги в розчинах з сильними водневими зв'язками. Отримано часовий масштаб процесу, який дозволив пояснити невідповідності даних різних дослідників та їх трактовок.

Особовий внесок здобувача.

Здобувачем виконані всі експерименти з вимірів концентраційної, температурної та часової залежностей інтенсивності розсіяння світла в водних розчинах гліколя та гліцерину та обробка результатів експериментів.

Здобувачем здійснено створення електронної частини установки з кореляційної спектроскопії та написання її програмної підтримки.

Обговорення результатів, та їх аналіз здобувачем виконані у співробітництві з науковим керівником та співавторами.

Апробація результатів дисертації.

Результати дисертації були представлені у доповідях на міжнародних школах-семінарах “Spectroscopy of Molecules and Crystals” 1993, 1997, 1999р., Республіканський школі - семінарі «Спектроскопія молекул та кристалів» 1989, на міжнародний конференції “Спеціальні проблеми фізики рідин” 1999р., на міжнародних конференціях PLM MP м. Київ 2001, 2003р., Physical Problems of Natural Water Ecology 1998, Szczecin, Poland та “Mathematical problems under description of the 1-st kind phase transition.” Odessa, 4 - 10 July, 2006, The 8th International Conference on Correlation Optics, September 11, 2007, Chernivtsi, Сьомій науково-технічній конференції “ПРИЛАДОБУДУВАННЯ: стан і перспективи” 2008 р. м. Київ, Україна,

Публікації. Наведені в дисертації результати були опубліковані в 7 наукових статтях у журналах i наукових збірниках, визнаних ВАК України, 11 тезах конференцій, усього 18 публікацій.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків. Повний обсяг дисертації становить 164 сторінки, у тому числі 30 ілюстрацій , та список використаних джерел з 144 найменувань.

основнИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми та необхідність проведення досліджень, вказана мета роботи, визначена її наукова новизна i зазначена практична цінність.

Перший розділ дисертації присвячений аналізу літературних даних та головних положень відомих моделей опису аномального низькоконцентраційного максимуму розсіяння світла.

У підрозділі 1.1 описані теоретичні та експериментальні методи дослідження властивостей світла, що розсіяне у рідинах та розчинах з сильними водневими зв'язками.

У підрозділі 1.2. наведені дані по розсіянню світла у системах спирти - вода та описані загальні особливості низькоконцентраційного максимуму світла, розсіяного водними розчинами спиртів. Розглянуто дискусійний аналіз ефекту різними авторами.

У другому розділі наведено результати досліджень концентраційних, температурних, кутових та анізотропних залежностей інтенсивності розсіяного світла у водних розчинах гліколя і гліцерину. Відмінною рисою даних досліджень є те, що розчини, які вивчалися, знаходилися у стані термодинамічної рівноваги. Такий стан досягався відстоюванням при постійній температурі впродовж однієї-двох діб.

Проведено співставлення впливу ультразвукового і механічного методів диспергування компонентів розчину на його оптичні властивості. За допомогою кореляційної спектроскопії визначено характерні розміри оптичних неоднорідностей і проведено їх порівняння з розмірами, розрахованими у рамках кластерної моделі.

Рис. 1. Концентраційна залежність інтегральної інтенсивності розсіяного світла R(x₂) у водно-гліцеринових розчинах при різних температурах: 1 - T=3єC; 2 - T=5єC; 3 - T=10єC;

У підрозділі 2.1. наведено результати досліджень концентраційних та температурних залежностей інтенсивності розсіяного світла у розчинах вода-гліколь та вода-гліцерин (рис.1). Показано, що максимум аномального світлорозсіювання має асиметричну форму і зміщується при зменшенні температури у бік менших концентрацій.

У підрозділах 2.1.1-2.1.5. наведено будову і принцип роботи експериментальної установки для вимірювання інтегральних характеристик розсіяного світла. Описано методику приготування розчинів та спосіб контролю їх концентрацій. Описано отримані залежності інтенсивності аномального низькоконцентраційного максимуму розсіяння світла у розчинах вода-гліколь та вода-гліцерин від концентрації розчину та температури. Встановлено, що стаціонарність розчину та незмінність отриманих результатів досягається на протязі доби, що еквівалентно у хімічній практиці емпіричним правилам по “старінню” розчинів, та пояснює розбіжності у деяких фізичних дослідженнях. Тому надалі розчини витримувались на протязі не менше 20 годин після приготування.

У підрозділі 2.2. представлено концентраційну залежність коефіцієнту деполяризації розсіяного світла у розчинах вода-гліцерин, яка має максимум у області АНМС. Положення максимуму деполяризованого світлорозсіювання не збігається з аналогічним для інтенсивності розсіяного світла і випереджує його по концентрації так, що максимум збігається з інтервалом найшвидшого зростання інтегральної інтенсивності світлорозсіювання. Ці дані узгоджуються з залежностями характерних розмірів неоднорідностей, отриманими в роботі методом кореляційної спектроскопії.

Рис. 2. Концентраційна залежність середнього розміру оптичних неоднорідностей у водних розчинах гліцерину. Вимірювання проводились при температурі 5 ^ОС

У підрозділі 2.3. описано методику та установку для дослідження характерних розмірів оптичних неоднорідностей. Поставлена задача реалізується методами кореляційної спектроскопії. Описуються запропонований метод та побудована установка для отримання кореляційних функцій інтенсивності розсіяного світла. Наводяться результати тестування установки і оцінки похибок набору кореляційних функцій методом сум.

Наведено результати вимірів часів кореляції інтенсивності розсіяння світла у розчинах вода-гліцерин в залежності від концентрації. На рис. 2. показана концентраційна залежність середнього розміру оптичних неоднорідностей в водних розчинах гліцерину, яка визначалась за гідродинамічним радіусом світлорозсіювачів. З рисунку видно, що у розчинах з мольними частками приблизно 0,05 середній розмір оптичних неоднорідностей має найбільше значення порядку 80 Е. По теоретичним оцінкам розмір кластера має бути 10 Е. Таку різницю можна пояснити тим, що у області АНМС розсіювання відбувається не на поодиноких, а на скооперованих елементарних кластерах аж до створення перколяційного кластера.

Третій розділ посвячено кластерному підходу до опису аномального світлорозсіяння. Наведено результати експериментального дослідження метастабільності розчинів вода-гліцерин та аналіз взаємного концентраційного положення аномалій коефіцієнта деполяризації, інтенсивності світлорозсіяння та характерних розмірів оптичних неоднорідностей.

У підрозділі 3.1. обґрунтовано та описано новий підхід для пояснення аномального низькоконцентраційного піку світлорозсіяння на базі кластерної (клатратної) моделі водних розчинів, який дозволяє узгодити всі експериментальні дані. Показано, що, ґрунтуючись на моделі перколяційного кластера, аномальне світлорозсіювання повинне спостерігатися в області концентрацій, близьких до 0,045 мольної частки гліцерину.

У підрозділі 3.4. наведено результати експериментального дослідження по знаходженню температурно-концентраційних меж метастабільного стану водних розчинів гліцерину. На підставі одержаних результатів зроблено аналіз взаємного концентраційного розміщення максимумів таких параметрів світлорозсіяння в області АНМС як інтенсивність, коефіцієнт деполяризації та характерні часи флуктуацій інтенсивності розсіяного світла. Результати експериментальних досліджень підтверджують адекватність запропонованого кластерного підходу до опису явища АНМС.

Рис. 3. Залежність характерного часу кореляції від часу, що минув після приготування водно-гліцеринового розчину при температурі 20 °С для різних мольних часток гліцерину: 1- x₂ = 0,031, 2 - x₂ = 0,05, 3 - x₂ = 0,046.

Четвертий розділ посвячено вивченню оптичних характеристик розчинів вода-гліцерин, що не досягли стану термодинамічної рівноваги. За допомогою кореляційної спектроскопії (динамічного розсіяння світла) проводилося спостереження еволюції колективних рухів залежно від часу, що минув після приготування розчину. Визначено часові зміни коефіцієнта деполяризації, кутової залежності інтенсивності світлорозсіяння в розчинах, параметра асиметрії інтенсивності розсіяного світла (взаємного співвідношення інтенсивності світлорозсіяння вперед та у зворотному напрямку).

У підрозділі 4.1 наведено результати вимірів залежності колективних рухів у водних розчинах гліцерину від часу, який минув після приготування. Результати вимірів наведено на рис. 3.

З рисунку видно, що термодинамічна рівновага у розчині вода-гліцерин досягається за дуже великий час в порівнянні з характерними молекулярними. В нашому випадку стаціонарність розмірів розсіювачів досягалася за час від10 до 20 годин в залежності від концентрації розчину.

У підрозділі 4.2 здійснено дослідження залежностей інтенсивності ізотропного та анізотропного розсіяння (, ) світла від часу, що минув після приготування розчину. Так, для розчину з мольною часткою спирту 0,046, яка відповідає аномальному світлорозсіюванню при даній температурі, часова залежність , має складний, іноді осцилюючий характер. На рис. 4. представлено коефіцієнт деполяризації в залежності від часу, що минув після приготування розчину.

З рисунку видно, що залежності мають складний характер. Це свідчить про складність процесів, що відбуваються у розчинах при досягненні ними термодинамічної рівноваги. Дані особливості не усуваються додатковою гомогенізацією розчинів ультразвуком до масштабів порядку 1 мкм, навпаки, становляться більш вираженими.

Результати вимірів асиметрії світлорозсіяння в стабільних розчинах гліцерин-вода свідчать про наявність неоднорідностей, характерних для розсіяння Мі, а їх розміри, отримані за допомогою динамічного розсіяння світла, притаманні швидше релеївському розсіянню. З цього виходить, що аномальне світлорозсіяння відбувається не на окремих дифундуючих кластерах, а на колективних рухах в розчині згрупованих квазічастинок аж до утворення перколяційного кластера.

Рис. 4. Залежність коефіцієнта деполяризації аномального розсіяння світла у розчинах вода-гліцерин в залежності від часу, що минув після приготування розчину: 1 - 0,031, 2 - 0,035, 3 - 0,046. Вимірювання проводились при температурі 10 ^ОС

У підрозділі 4.3. показані результати досліджень часової залежності кутової асиметрії властивостей розсіяного світла у розчинах вода - гліцерин від часу, що минув після приготування розчину. Дослідження показали, що зміни з часом параметра асиметрії, як і коефіцієнта деполяризації розсіяного світла, мають складний вигляд. Такий характер залежностей вказує на складні процеси, що мають місце у розчинах під час досягнення стану термодинамічної рівноваги. Часові залежності вказують на те, що у оптичних неоднорідностей в процесі "дозрівання" розчину змінюються як форма, так і розмір.

ВИСНОВКИ

1. Розроблено і реалізовано унікальний цифровий імпульсний корелометр, що має ряд властивостей, які дозволяють досліджувати процеси з гаусовою та негаусовою статистиками в діапазоні характерних часів процесів від 10^-1с до 10^-7с як в режимі реального, так і відкладеного часу з апаратно-програмною корекцією помилок.

2. Встановлено причину неузгодженості експериментальних результатів різних авторів при дослідженні властивостей розбавлених водно-спиртових розчинів, якою є складна часова залежність оптичних властивостей свіжоприготованих розчинів. Показано, що повторюваність експериментальних результатів за значеннями інтегральної інтенсивності молекулярного розсіяння світла спостерігається тільки через 15-20 годин після приготування розчинів. Цей результат свідчить про аномально повільне протікання в них процесу встановлення термодинамічної рівноваги.

3. Встановлено параметри кореляційних функцій флуктуацій інтенсивності молекулярного розсіяння світла. За цими даними визначено коефіцієнт дифузії і розмір неоднорідностей, які є причиною аномального світлорозсіяння у розбавлених водно-спиртових розчинах. Показано, що в розчині вода-гліцерин максимальний розмір просторових неоднорідностей при 5 ^ОС досягає 70-80 Е, і зменшується зі збільшенням температури. Це дозволяє стверджувати, що світлорозсіювачі є квазічастинками змінного складу.

4. Вперше отримано детальні температурні і концентраційні залежності інтегральної інтенсивності аномального світлорозсіяння , які спостерігаються в розбавлених водних розчинах гліцерину і гліколя. Показано, що як функція своїх змінних асиметрична відносно , які відповідають максимуму інтенсивності, а I_m при зменшенні температури зміщується в область менших концентрацій і зростає. На підставі цього можна зробити висновок, що в області концентрацій в цих розчинах відбуваються структурні зміни.

5. Вперше отримано концентраційну залежність коефіцієнта деполяризації АНМС, в якій також виявлено максимум у цій області. Проте встановлено, що максимуми коефіцієнта деполяризації, інтегральної інтенсивності і розміру області просторової неоднорідності зміщені один відносно одного, що свідчить про послідовну зміну розмірів і геометричних параметрів оптичних неоднорідностей.

6. Запропоновано кластерний підхід до опису експериментально отриманих закономірностей, на базі якого можна зробити висновок, що оптичні неоднорідності максимального розміру можна інтерпретувати як перколяційні кластери, які виникають при наближенні до псевдоспінодалі розчину внаслідок кооперації елементарних кластерів з оціночним розміром 10 Е.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чечко В. Є. Розсіяння світла у водних розчинах гліцерину/ В.Є.Чечко // УФЖ.- 2001.- Т. 46, № 9.- С. 920-921.

2. Чечко В. Е., Заремба В. Г. Молекулярное взаимодействие в растворах с сильной водородной связью / В. Е. Чечко, В. Г. Заремба // Химическая физика.- 1993.- Т. 12, № 7.- С. 1036-1039.

3. Заремба В. Г., Салістра Г. І., Гоцульський В. Я., Чечко В. Е. Визначення моментів старших кореляційних функцій електромагнітних полів при одноточковій реєстрації / В. Г.Заремба, Г. І. Салістра, В. Я. Гоцульський, В. Е. Чечко // УФЖ.- 1995.- Т. 40, № 6.- С. 638-639.

4. Гоцульский В. Я., Чечко В. Е., Заремба В. Г. Коррелометр для случайных импульсных сигналов / В. Я. Гоцульский, В. Е. Чечко, В. Г. Заремба // ПТЭ.- 1997, № 2.- С.161-162.

5. Chechko V. Eu., Zaremba V. G., Gotsul'sky V. Ya. Structurization of water solutions of tartic acid under stirring / V. Eu. Chechko, V. G. Zaremba, V. Ya. Gotsul'sky // Journal of Molecular Liquids.- 2001.- Vol. 93. - P. 35-38.

6. Chechko V. Eu., Lokotosh T. V., Malomuzh N. P., Zaremba V. G., Gotsul'sky V. Ya. Clusterization and anomalies of fluctuations in alcohol solutions of low concentrations / V. Eu. Chechko, T. V. Lokotosh, N. P. Malomuzh, V. G. Zaremba, V. Ya. Gotsul'sky. // Journal of Physical Studies.- 2003.- Vol. 7, № 2.- P. 175-183

7. Chechko V. E., Gotsulskiy V. Ya., Zaremba V. G. On the nature of relaxation processes in dilute water-glycerol solutions / V. E. Chechko, V. Ya. Gotsulskiy, V. G. Zaremba. // Journal of Molecular Liquids. - 2003.-Vol. 105/2-3.- P. 211-214.

8. Заремба В. Г., Чечко В. Е., Гоцульский В. Я. Кореляційна спектроскопія колективного руху молекул в конденсованих середовищах / В.Г.Заремба, В.Е.Чечко, В.Я. Гоцульский. // XII Республ. школа - семінар "Спектроскопія молекул та кристалів". Ніжин, 1995.- C. 35-36.

9. Гоцульский В. Я., Чечко В. Е., Заремба В. Г. Коррелометр для случайных импульсных сигналов на базе К1-20 / В. Я. Гоцульский, В. Е. Чечко, В. Г. Заремба. // Спектроскопия молекул и кристаллов : республиканская школа-семинар, 10-14 апр. 1989 г.: тезисы докл.- Тернополь:, 1989.- С. 84-85.

10. Chechko V. Eu., Zaremba V. G., Gotsul'sky V. Ya. Measurement of Average Size of Emulsion Particle and Flow Velocity / V.Eu. Chechko, V.G.Zaremba, V.Ya.Gotsul'sky // Book of Abstracts of <Physical Problems of Natural Water Ecology> conference, 7-11 May 1998 y. : abstract.- Szczecin (Poland), 1998.- P. 17.

11. Zaremba V. G., Gotsulsky V. Ya., Chechko V. Eu. Structurization of water solutions of tartic acid under stirring / V. G. Zaremba, V. Ya. Gotsulsky, V. Eu. Chechko // Special problems in physics of liquids : International Conference dedicated to the memory of Prof. I. Z. Fisher., 31 May- 4 June 1999 y. : abstract.- Odessa, 1999.- P. 150-151.

12. Chechko V. Eu., Zaremba V. G., Gotsul'sky V. Ya. Space limitation influence on molecular movement in nematic liquid crystals / Chechko V. Eu., Zaremba V. G., Gotsul'sky V. Ya. // XIV International school-seminar "Spectroscopy of Molecules and Crystals". 7-12 June 1999 y. : abstract.- Odessa, 1999.- P. 272.

13. Chechko V. Eu., Zaremba V. G., Gotsul'sky V. Ya. Characteristic times foranomaly fluctuactions in dilute water-alcohol solutions / V.Eu. Chechko, V.G.Zaremba, V.Ya.Gotsul'sky // International conference Physics of liquid matter: modern problem. 11-19 September 2001 y. : abstract.- Kyiv, 2001. P.132.

14. Чечко В. Е., Гоцульский В. Я. Аномальное рассеяние света в растворах с сильными водородными связями / В.Е. Чечко, В.Я. Гоцульский // Mathematical problems under description of the 1-st kind phase transition. Odessa, 2006. С. 53

15. Гоцульська А. В., Гоцульський В. Я., Чєчко В. Є., Попов А. Ю. Прилад для дослідження оптичних властивостей градієнтних розчинів” / А. В. Гоцульська, В. Я. Гоцульський, В. Є. Чєчко, А. Ю. Попов //Сьома науково-технічна конференція ПРИЛАДОБУДУВАННЯ: стан і перспективи, 22-23 квітня 2008 р.: Збірник тез доповідей.- Київ, 2008.- С. 85.

16. Попов А.Ю, Тюрин О.В., Ткаченко В.Г., Чечко В.Є., Попова Н.А., Джуртубаева Г.Н. Фазово-чутливий спекл-інтерферометричний мікроскоп для аналізу варіацій коефіцієнту заломлення у біологічних об'єктах. / А. Ю Попов, О. В. Тюрин, В. Г. Ткаченко, В. Є. Чечко, Н. А. Попова, Г. Н. Джуртубаева // V International Conference on Optoelectronic Information Technologies PHOTONICS-ODS 2010, abstracts, - Odessa, 2010.- P. 129 (231).

АНОТАЦІЯ

В. Е. Чечко - Особливості аномального світлорозсіяння у розчинах з сильними водневими зв'язками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук по спеціальності 01.04.14 - теплофізика и молекулярна фізика. - Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Одеса, 2011 г.

У дисертації досліджені властивості аномального низькоконцентраційного максимуму світлорозсіяння (АНМС) у розбавлених водних розчинах гліколя і гліцерину. Аналіз результатів, отриманих методами кореляційної спектроскопії (динамічного розсіяння світла) і інтегрального світлорозсіяння дозволили стверджувати, що в області АНМС відбуваються складні структурні зміни в розчинах. Методами кореляційної спектроскопії визначені гідродинамічні радіуси оптичних неоднорідностей. Показано, що у водних розчинах гліцерину їх максимальний розмір припадає на область, близьку до аномального світлорозсіяння, і складає 80Е при теоретично оцінному розмірі поодинокого кластера 10Е. Порівняння температурних і концентраційних залежностей характерних розмірів неоднорідностей, інтенсивності і коефіцієнта деполяризації розсіяного світла дозволили стверджувати, що світлорозсіяння в області АНМС відбувається не на поодиноких кластерах, а на скооперованих, аж до перколяційного кластеру.

Встановлено, що процес досягнення рівноважного стану в розчинах з сильними водневими зв'язками є дуже тривалим (близько доби). При цьому спостерігалися складні залежності енергетичних, поляризаційних і кутових характеристик світлорозсіяння, характер яких принципово не змінюється від способу приготування розчину. Це дозволило пояснити неузгодженість даних по АНМС різних авторів.

Запропонована кластерна модель для опису аномального світлорозсіяння в розчинах з сильними водневими зв'язками, яка описує отримані залежності АНМС від температури і концентрації.

Ключові слова: водні розчини, світлорозсіяння, кореляційна спектроскопія, водневі зв'язки, кластери, рівновага.

АННОТАЦИЯ

В. Е. Чечко - Особенности аномального светорассеяния в растворах с сильными водородными связями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика. - Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова, Одесса, 2011 г.

В диссертации рассмотрены свойства аномального низкоконцентрационного максимума светорассеяния (АНМС) в разбавленных водных растворах гликоля и глицерина. Анализ результатов, полученных методами корреляционной спектроскопии (динамического рассеяния света) и интегрального светорассеяния позволил утверждать, что в области АНМС происходят сложные структурные изменения в растворах. Методами корреляционной спектроскопии определялись гидродинамические радиусы оптических неоднородностей. Показано, что в водных растворах глицерина их максимальный размер приходится на область близкую к аномальному светорассеянию и составляет 80Е при оценочном размере одиночного кластера 10Е. Сравнение температурных и концентрационных зависимостей характерных размеров неоднородностей, интенсивности рассеянного света и коэффициента деполяризации рассеянного света позволили утверждать, что светорассеяние в области АНМС происходит не на одиночных кластерах, а на скооперированных, вплоть до перколяционного кластера.

Установлено, что процесс установления равновесного состояния в растворах с сильными водородными связями является весьма длительным (порядка суток). При этом наблюдались сложные зависимости энергетических, поляризационных и угловых характеристик светорассеяния, характер которых принципиально не изменяется от способа приготовления раствора. Это позволило объяснить несогласованность данных по АНМС различных авторов.

Предложена кластерная модель для описания аномального светорассеяния в растворах с сильными водородными связями, которая описывает полученные зависимости АНМС от температуры и концентрации.

Ключевые слова: водные растворы, светорассеяние, корреляционная спектроскопия, водородные связи, кластеры, равновесие.

SUMMARY

V.Eu.Chechko. Peculiarities of anomalous light scattering in solutions with strong hydrogen bonds. - Manuscript.

Thesis for the PhD degree by specialty 01.04.14 - Thermophysics and molecular physics. Odessa National University by I. I. Mechnikov, Odessa - 2011.

The Thesis is devoted to the study of the anomalous low-concentration maximum in the integral intensity of molecular light scattering in dilute aqueous solutions of glycol and glycerol. The analysis of results obtained by methods of the correlation spectroscopy (dynamical light scattering) and molecular light scattering allows to state that complex structural changes take place in solutions in vicinity of maxima observed. The hydrodynamic radii of optical microinhomogeneities was determined by the method of the correlation spectroscopy. It was shown that maximal hydrodynamic sizes for aqueous solutions of glycerol correspond to concentrations of anomalous light scattering and they reach 80Е although the size of an elementary cluster is about 10Е. The comparison of the temperature and concentration dependencies of characteristic sizes of microinhomogeneities, the intensity of light scattering and its depolarization coefficient forces us to conclude that cooperative groups of elementary clusters are responsible for all anomalies observed.

It is shown, that the relaxation to the equilibrium state for solutions with strong H-bonds is very slow (about one day and more. At that, complicated energetic, polarization and angular characteristics are observed and their do not depend principally on an initial state of solution and a method of its preparation. Due to this the inconsistency of experimental data of different authors is explained.

The cluster approach to the description of anomalous light scattering in solutions with strong H-bonds is proposed. It reproduces all essential temperature and concentration regularities in the behavior of molecular light scattering.

Key words: aqueous solutions, molecular light scattering, correlation spectroscopy, H-bonds, clusters, equilibrium. Размещено на Allbest.ru