激光拉曼光譜法分析自來(lái)水水質(zhì)

孫燕芬

（呂梁學(xué)院物理系 山西 呂梁 033001）

1 用 LRS-3 型激光拉曼光譜儀檢測(cè)自來(lái)水

單個(gè)水（H2O）分子里包含兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子，其中O-H鍵的極性很強(qiáng)，且這種物質(zhì)分子的偶極矩也特別大。由于水分子的內(nèi)部構(gòu)造的特殊性，使得分子間非常容易在動(dòng)態(tài)平衡中形成氫鍵，最終產(chǎn)生了很多不同結(jié)構(gòu)和大小的水分子。O-H鍵長(zhǎng)度變化產(chǎn)生的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)（∪1）與反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)(∪2) 、鍵角變化產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)（∪3）是水分子的3種主要振動(dòng)方式，所以理論上來(lái)說(shuō)水分子就理應(yīng)具有三條特征拉曼譜線。依據(jù)科學(xué)家們多年研究結(jié)果可知，水的光譜圖中三種振動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的波數(shù)分別是：強(qiáng)線大致是365cm-1，極弱線大致是1595cm-1，弱線大概是3756cm-1。

本實(shí)驗(yàn)使用的裝置是LRS-3型激光拉曼光譜儀。儀器采用半導(dǎo)體激光器為激發(fā)光源，發(fā)出的入射光波長(zhǎng)為532nm，輸出功率為40mW；單色儀相對(duì)孔徑D/F=1/5.5；光柵選用1200L/mm的光柵；采用單光子計(jì)數(shù)器為接收單元；狹縫寬度：0～2mm連續(xù)可調(diào)；光譜范圍200～800nm，精度≤±0.4nm；雜散光≤10-3；譜線半寬≤0.2nm。用計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)采集和加工處理。測(cè)試樣品為自來(lái)水和蒸餾水。將水樣靜置五天后，再用滴管裝入玻璃樣品管中進(jìn)行測(cè)量。外界的環(huán)境光會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響，所以實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

自來(lái)水的主要成分是水，且相對(duì)其他物質(zhì)分子來(lái)說(shuō)，水分子是散射激發(fā)光很差的一種物質(zhì)，因此理論上跟實(shí)際上的拉曼光譜圖中特征峰出現(xiàn)的位置有所差異，對(duì)于三個(gè)基本特征峰在拉曼譜中出現(xiàn)的次序確是固定的。如圖1所示，測(cè)量出的自來(lái)水與蒸餾水激光拉曼譜的比較，橫坐標(biāo)為波數(shù)，縱坐標(biāo)為拉曼峰相對(duì)強(qiáng)度值。從圖中可以看出自來(lái)水的拉曼譜線和蒸餾水的拉曼譜線走勢(shì)大致相同，各特征峰的波數(shù)位置也基本附和。但自來(lái)水∪2左邊出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度不弱的雜峰，而且雜峰相對(duì)較多，這可能與水中含有的某種雜質(zhì)分子有關(guān)。

圖1 自來(lái)水和蒸餾水拉曼光譜

實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測(cè)量的自來(lái)水和蒸餾水?dāng)?shù)據(jù)如表1所示。

表1 自來(lái)水和蒸餾水各特征峰的波數(shù)值（/cm-1）

從拉曼譜光譜圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出自來(lái)水的拉曼譜中峰的強(qiáng)度較低，現(xiàn)在多數(shù)自來(lái)水都是經(jīng)過(guò)消毒和凈化處理過(guò)的，一般來(lái)說(shuō)，其硬度和礦物質(zhì)含量都比較高。在自來(lái)水中鈣鹽與鎂鹽的濃度越高，它的硬度就越大，越容易產(chǎn)生水垢。自來(lái)水中含有的礦物質(zhì)微量元素（如鉀、鈉、鈣等離子）對(duì)水分子的結(jié)構(gòu)影響很大，使水分子的振動(dòng)大大減弱，所以測(cè)得的拉曼峰相對(duì)強(qiáng)度會(huì)比較低。水中雜質(zhì)多少會(huì)影響拉曼光譜中峰的數(shù)量。我們所測(cè)的自來(lái)水的光譜圖中出現(xiàn)的雜峰和毛刺數(shù)目比較多，說(shuō)明自來(lái)水中包含的雜質(zhì)種類(lèi)較多。從圖中也可看出，雜峰和毛刺的強(qiáng)度不是很大，說(shuō)明雜質(zhì)濃度不高。

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