金刚石在海洋营养盐红外吸收检测中的应用研究

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海洋营养盐检测是海洋环境常规检测的主要内容之一,也是预报海洋灾害、治理海洋污染的前提和技术保障。利用纳米材料红外吸收增强效应提高检测能力,红外技术有望实现不同的海洋营养盐同时快速检测,这一技术在海洋环境检测、海洋灾害预防、海洋污染治理等海洋领域具有广泛的应用前景。主要海洋营养盐的红外吸收基本处于1000-1500cm-1波段内,金刚石的红外吸收恰好涵盖了1000-1500cm-1波段,能对营养盐分子的红外吸收产生增强效果,而且金刚石材料具有良好的耐腐蚀、耐高压特性,适合复杂的海水环境,因此金刚石是极佳的营养盐红外吸收增强候选材料。本论文通过实验方法,分别研究了金刚石/石墨材料、金刚石薄膜(热丝CVD方法制备)以及金刚石微粉对硝酸钠红外吸收特性的影响,并研究了金刚石薄膜对硝酸锂、硝酸钾红外吸收特性的影响;最后研究了金刚石薄膜对其他海洋营养盐如磷酸盐、铵盐的红外吸收特性的影响。实验结果表明,实验制备的金刚石薄膜在1000-1500cm-1波段有明显的红外吸收,且金刚石薄膜对硝酸钠红外吸收的影响最明显;金刚石材料对水溶液中低浓度营养盐的红外吸收无显著影响;随着营养盐浓度的提高,金刚石对营养盐的红外吸收产生影响,金刚石薄膜的存在导致硝酸盐的反对称伸缩振动产生了明显的红移(相对于晶体),例如硝酸钠的反对称伸缩振动ν1模式红移达到24个波数,硝酸钾的ν1振动模式红移达到30个波数;ν1振动模式的红移可能主要来自金刚石薄膜与硝酸盐分子的结合以及声子共振的影响,而反对称伸缩振动模式ν2的红移可能主要来自硝酸盐自身内应力的影响;同时金刚石薄膜的存在实现了硝酸盐反对称振动模式ν1的选择性增强。这可能是由于营养盐与金刚石之间的短距离相互作用的结果。
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