Физика/7. Оптика

Акмаров К.А., Лапшов С.Н., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Россия

Моделирование спектров ультрафиолетового поглощения в диметилсульфоксиде

Диметилсульфоксид (ДМСО) и его водные растворы находят применение в промышленных масштабах при производстве полимерных синтетических волокон и материалов. Поэтому здесь представляет интерес технологический контроль состава растворов ДМСО, в том числе использующий оптические методы.

В связи с этим в данной работе было выполнено численное моделирование спектров ультрафиолетового поглощения в ДМСО для определения возможности использования спектрофотометрии в технологическом контроле состава растворов.

Для моделирования использовался программный пакет HyperChem, в котором при помощи полуэмпирической молекулярной орбитальной ресифийской модели номер 1 (RM1 [1]) были получены электронные уровни для ДМСО. При расчете спектра учитывались все 13 занятых и 9 не занятых уровней молекулы ДМСО. Полученный ультрафиолетовый спектр в диапазоне от 50 нм до 400 нм представлен на рис. 1.

Рис. 1. Ультрафиолетовый спектр поглощения ДМСО, полученный с помощью полуэмпирической модели RM1

В ближнем ультрафиолетовом диапазоне λ > 180 нм, пригодном для технологического контроля состава растворов, наблюдаются линии поглощения на λ = 187, 224 и 253нм, что, в целом, согласуется с выполненными здесь спектральными измерениями при λ = 200-400 нм, а также опубликованными ранее данными [2, 3].

В исследованных нами спектрах поглощения ДМСО наблюдалась дополнительная полоса поглощения с максимумом λ = 271 нм, которая не принадлежит молекуле диметилсульфоксида. Предположительно, эта полоса может быть связана с оксидом ДМСО – диметилсульфоном. Для проверки этого предположения было проведено моделирование электронных уровней в диметилсульфоне при помощи той же полуэмпирической модели RM1. При расчете спектра поглощения диметилсульфона учитывались все 17 занятых и 9 не занятых электронных уровней молекулы диметилсульфона. Рассчитанный спектр ультрафиолетового поглощения при 50-400 нм приведен на рис. 2.

Рис. 2. Спектр ультрафиолетового поглощения диметилсульфона, рассчитанный на основании полуэмпирической модели RM1

Как видно из рис. 2, диметилсульфон дает полосу поглощения с максимумом на λ = 271 нм.

Результаты расчетов и экспериментов по ультрафиолетовому поглощению в ДМСО сопоставлены на рис. 3 в области спектра λ = 220-400 нм, перспективной по инструментальному обеспечению (промышленные спектрометры) для технологического контроля состава растворов.

Рис. 3. Спектры ультрафиолетового поглощения в ДМСО: а – расчет на основании полуэмпирической модели RM1; б – экспериментальные данные

Сходимость расчетных и экспериментальных данных (рис. 3) качественно вполне удовлетворительная, что подтверждает достоверность приведенных данных для ближней ультрафиолетовой области спектра.

Представляет интерес разработка и промышленные испытания ультрафиолетового промышленного спектрофотометра для контроля состава водных растворов ДМСО в технологических процессах.

Литература:

1. Fekete Z.A., Hoffmannz E.A., Kortvelyesi T., Penke B. Harmonic vibrational frequency scaling factors for the new NDDO Hamiltonians: RM1 and PM6 // Molecular Physics. – 2007. – Vol. 105, Iss. 19-22.

2. Gollnick K., Stracke H. U. Direct and sensitized photolysis of dimethyl sulphoxide in solution // Pure and Applied Chemistry. – 1973. – Vol. 33, No. 2-3. – P. 217-246.

3. High resolution VUV photoabsorption cross section of dimethyl sulphoxide (CH3)₂SO // Chemical Physics Letters. – 2002. – Vol. 366, Iss. 3-4. – P. 343-349.