碳酸钙三级红外光谱研究

doi:10.11962/1006-4990.2020-0083

摘要/Abstract

摘要：

采用红外（IR）光谱技术开展了碳酸钙的结构研究。实验发现,碳酸钙的红外吸收模式包括碳酸钙CO₃不对称伸缩振动模式（ν）、碳酸钙 CO₃对称伸缩振动模式（ν）、碳酸钙CO₃面外弯曲振动模式（r）和碳酸钙CO₃面内弯曲振动模式（β）等。采用变温红外（TD-IR）光谱开展了碳酸钙的热稳定性研究。在293~393 K的温度范围内,碳酸钙主要官能团对应的吸收强度及频率都有一定的改变。采用二维红外（2D-IR）光谱进一步研究了碳酸钙ν、r和β吸收峰变化快慢的信息,证明了三级红外（IR）光谱在重要的无机盐（碳酸钙）结构及热稳定性研究中的重要作用。

关键词: 碳酸钙, 结构, 热稳定性, 红外光谱

Abstract:

The calcium carbonate structure was studied by infrared（IR） spectroscopy.There were calcium carbonate CO₃asymmetrical stretch vibrationmode（ν）,calcium carbonate CO₃ symmetrical stretching vibration mode（ν）,calcium carbonate CO₃ out-of-plane bending vibration mode（r） and calcium carbonate CO₃ in-plane bending vibration mode（β）.Temperature-dependent infrared（TD-IR） spectroscopy was also used to study the thermal stability of calci-um carbonate.In the temperature range of 293~393 K,the infrared absorption intensity and frequency of the main functional groups of calcium carbonate had some changes.Two-dimensional infrared（2D-IR） spectroscopy of the calcium carbonate（ν,r and β） were studied to the frequency information of the absorption peak change.The key roles of third-step IR spectroscopy in the analysis of structure and thermal stability of the important inorganic salt（calcium carbonate） were demonstrated.

Key words: calcium carbonate, structure, thermal stability, infrared spectroscopy

中图分类号:

TQ132.32

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Zhang Bin,Xiao Xiao,Han Yunjiao,Zhang Yuanyuan,Yu Hongwei. Study on third-step infrared spectroscopy of calcium carbonate[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2021, 53(1): 97-101.

图/表 15

图1

表1

图2

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图3

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图4

图5

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图6

图7

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图8

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表6

参考文献 18

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模式	一维IR光谱/cm^-1	二阶导数IR光谱/cm^-1
ν_{C=O-碳酸钙}+r_{C-O-碳酸钙}	2 512.0	—
ν_{C=O-碳酸钙}	1 795.3	1 795.7
ν_{asC-O-碳酸钙}	1 388.0	1 388.8
ν_{sC-O-碳酸钙}	1 071.0	1 071.5
β_{C-O-碳酸钙}	871.0,847.9	871.1,847.1
r_{C-O-碳酸钙}	712.1	712.1

测量温度/K	ν_{C=O-碳酸钙}+r_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1（A）	ν_{C=O-碳酸钙}/ cm^-1（A）	ν_{asC-O-碳酸钙}/ cm^-1（A）	ν_{sC-O-碳酸钙}/ cm^-1（A）	β_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1（A）	β_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1（A）	r_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1（A）
293	2 512.0（0.02）	1 795.3（0.02）	1 388.0（0.59）	1 071.0（-）	871.0（0.47）	847.9（0.08）	712.1（0.22）
303	2 512.1（0.02）	1 795.3（0.03）	1 388.1（0.60）	1 070.9（-）	871.0（0.47）	847.8（0.09）	712.1（0.22）
313	2 512.9（0.02）	1 795.4（0.03）	1 388.2（0.60）	1 070.8（-）	870.9（0.47）	847.8（0.09）	712.1（0.22）
323	2 511.8（0.03）	1 795.4（0.03）	1 388.1（0.60）	1 070.8（-）	870.9（0.47）	847.8（0.09）	712.1（0.22）
333	2 512.5（0.03）	1 795.6（0.03）	1 388.1（0.60）	1 070.8（-）	870.8（0.47）	847.7（0.09）	712.1（0.22）
343	2 512.1（0.03）	1 795.5（0.03）	1 388.1（0.60）	1 070.8（-）	870.8（0.47）	847.7（0.09）	712.1（0.22）
353	2 511.2（0.03）	1 795.6（0.04）	1 388.1（0.61）	1 070.8（-）	870.7（0.48）	847.6（0.09）	712.1（0.22）
363	2 511.4（0.03）	1 795.4（0.04）	1 388.0（0.61）	1 070.9（-）	870.7（0.48）	847.6（0.09）	712.1（0.22）
373	2 511.6（0.03）	1 795.6（0.04）	1 387.9（0.61）	1 070.8（-）	870.6（0.48）	847.5（0.10）	712.1（0.22）
383	2 511.2（0.03）	1 795.5（0.05）	1 387.9（0.62）	1 070.9（-）	870.6（0.48）	847.5（0.10）	712.1（0.22）
393	2 510.4（0.04）	1 795.5（0.05）	1 387.9（0.62）	1 070.8（-）	870.5（0.49）	847.4（0.10）	712.0（0.22）

测量温度/K	ν_{C=O-碳酸钙}/ cm^-1	ν_{asC-O-碳酸钙}/ cm^-1	ν_{sC-O-碳酸钙}/ cm^-1	β_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1	β_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1	r_{C-O-碳酸钙}/ cm^-1
293	1 795.7	1 388.8	1 071.5	871.1	847.1	712.1
303	1 795.7	1 388.8	1 071.5	871.0	847.1	712.1
313	1 795.6	1 388.7	1 071.6	871.0	847.0	712.1
323	1 795.5	1 388.7	1 071.6	871.0	847.0	712.1
333	1 795.5	1 388.6	1 071.6	870.9	846.9	712.1
343	1 795.5	1 388.6	1 071.5	870.9	846.9	712.1
353	1 795.4	1 388.6	1 071.6	870.8	846.8	712.1
363	1 795.4	1 388.5	1 071.6	870.8	846.8	712.1
373	1 795.4	1 388.5	1 071.6	870.7	846.7	712.1
383	1 795.3	1 388.5	1 071.6	870.6	846.7	712.1
393	1 795.3	1 388.4	1 071.5	870.6	846.6	712.1

ν₁,ν₂ /cm^-1	Ф（ν₁,ν₂）	Ψ（ν₁,ν₂）	碳酸钙ν_{asC-O-碳酸钙-二维}的 2D-IR光谱数据及解释
1 388,1 393	+	-	1 393 cm^-1（ν_{asC-O-3-碳酸钙-二维}）> 1 388 cm^-1（ν_{asC-O-4-碳酸钙-二维}）
1 388,1 398	+	+	1 388 cm^-1（ν_{asC-O-4-碳酸钙-二维}）> 1 398 cm^-1（ν_{asC-O-2-碳酸钙-二维}）
1 388,1 407	+	-	1 407 cm^-1（ν_{asC-O-1-碳酸钙-二维}）> 1 388 cm^-1（ν_{asC-O-4-碳酸钙-二维}）
1 393,1 398	+	+	1 393 cm^-1（ν_{asC-O-3-碳酸钙-二维}）> 1 398 cm^-1（ν_{asC-O-2-碳酸钙-二维}）
1 393,1 407	+	-	1 407 cm^-1（ν_{asC-O-1-碳酸钙-二维}）> 1 393 cm^-1（ν_{asC-O-3-碳酸钙-二维}）
1 398,1 407	+	-	1 407 cm^-1（ν_{asC-O-1-碳酸钙-二维}）> 1 398 cm^-1（ν_{asC-O-2-碳酸钙-二维}）

ν₁,ν₂/cm^-1	Ф（ν₁,ν₂）	Ψ（ν₁,ν₂）	碳酸钙β_{C-O-碳酸钙-二维} 的 2D-IR光谱数据及解释
835,845	+	+	835 cm^-1（β_{C-O-4-碳酸钙-二维}）> 845 cm^-1（β_{C-O-3-碳酸钙-二维}）
835,861	+	+	835 cm^-1（β_{C-O-4-碳酸钙-二维}）> 861 cm^-1（β_{C-O-2-碳酸钙-二维}）
835,868	+	+	835 cm^-1（β_{C-O-4-碳酸钙-二维}）> 868 cm^-1（β_{C-O-1-碳酸钙-二维}）
845,861	+	-	861 cm^-1（β_{C-O-2-碳酸钙-二维}）> 845 cm^-1（β_{C-O-3-碳酸钙-二维}）
845,868	+	+	845 cm^-1（β_{C-O-3-碳酸钙-二维}）> 868 cm^-1（β_{C-O-1-碳酸钙-二维}）
861,868	+	+	861 cm^-1（β_{C-O-2-碳酸钙-二维}）> 868 cm^-1（β_{C-O-1-碳酸钙-二维}）

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