硫酸盐分子结构研究

王 妍，孙春梅，高海燕，孟露，吴子腾，鹿永鑫，李佳欣，吴梦谣

（1.石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035；2.石家庄市第十七中学，河北 石家庄 050051；3.石家庄一中东校区，河北 石家庄 050035）

0 引 言

硫代硫酸钠、硫酸钠和亚硫酸钠是硫酸工业重要的下游产品，在工农业中有着广泛的应用。硫代硫酸钠、硫酸钠和亚硫酸钠化学结构相似，其结构研究困扰着硫酸工业的技术人员。中红外（MIR）光谱法具有简便、快捷、灵敏度高的优点，在有机物结构研究领域有着广泛应用，但同时开展对硫代硫酸钠、硫酸钠和亚硫酸钠进行MIR 光谱分析的研究未见报道。

因此，本文以硫代硫酸钠、硫酸钠和亚硫酸钠为研究对象，分别开展了MIR 光谱研究，对硫酸工业领域具有一定的研究意义和应用价值。

1 实验部分

1.1 材 料

无水硫酸钠；无水亚硫酸钠；硫代硫酸钠。

1.2 仪 器

Spectrum 100 型傅里叶红外光谱仪；Golden Gate 型单次内反射ATR-FTIR 附件。

1.3 实验方法

以空气为背景，温度设定303K，每次对于信号进行8 次扫描累加，通过PE 公司Spectrum v 6.3.5 操作软件获得MIR 光谱数据。

2 结果与讨论

采用MIR 光谱（包括一维MIR 光谱、二阶导数MIR 光谱、四阶导数MIR 光谱及去卷积MIR 光谱） 分别开展了对3 种硫酸盐分子结构研究。

2.1 硫酸盐分子一维MIR 光谱研究

采用一维MIR 光谱开展了硫酸盐分子的结构研究，硫酸盐分子一维MIR 光谱（303 K） 如图1所示。

图1 硫酸盐分子一维MIR 光谱（303 K）Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

由图1 可以看出，硫代硫酸钠结构的一维MIR光谱图1A 中，发现1 161.17 cm-1和1 111.40 cm-1处吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（νasSO4-硫代硫酸钠一维）。

硫酸盐分子一维MIR 光谱数据（303 K） 见表1。

表1 硫酸盐分子一维MIR 光谱数据（303 K）Table.1 Data of one-dimensional MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

2.2 硫酸盐分子二阶导数MIR 光谱研究

硫酸盐分子二阶导数MIR 光谱（303 K） 如图2 所示。

图2 硫酸盐分子二阶导数MIR 光谱（303 K）Fig.2 Second derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

由图2 可以看出，硫代硫酸钠分子结构的二阶导数MIR 光谱如图2A 中发现1 162.11 cm-1和1 113.17 cm-1处吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（νasSO4-硫代硫酸钠-二阶导数）。

1 013.85 cm-1和994.03 cm-1处吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（νsSO4-硫代硫酸钠-二阶导数）。

664.52 cm-1处的吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（δasSO4-硫代硫酸钠-二阶导数）。

硫酸钠分子的二阶导数MIR 光谱如图2B 中发现1 118.37 cm-1和1 093.84 cm-1处吸收峰归属于硫酸钠分子SO4（νasSO4-硫酸钠一二阶导数）；636.42 cm-1处的吸收峰归属于硫酸钠分子SO4（δasSO4-硫酸钠-二阶导数）。接着亚硫酸钠分子结构的二阶导数MIR 光谱如图2C，其中978.63 cm-1和954.41 cm-1处的吸收峰归属于亚硫酸钠分子SO3（νasSO3-亚硫酸钠-二阶导数）；628.71 cm-1处的吸收峰归属于亚硫酸钠分子SO3（βSO3-亚硫酸钠-二阶导数）。

硫酸盐分子二阶导数MIR 光谱数据（303 K）见表2。

表2 硫酸盐分子二阶导数MIR 光谱数据（303 K）Table.2 Data of second derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

2.3 硫酸盐分子四阶导数MIR 光谱研究

硫酸盐分子四阶导数MIR 光谱（303 K） 如图3 所示。

图3 硫酸盐分子四阶导数MIR 光谱（303 K）Fig.3 Fourth derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

由图3 可以看出，硫代硫酸钠分子结构的四阶导数MIR 光谱（图3A） 中，1 162.59 cm-1，1 153.72 cm-1，1 129.00 cm-1和1 114.03 cm-1处吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（νasSO4-硫代硫酸钠-四阶导数）。

1 014.33 cm-1和995.38 cm-1处吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（νsSO4-硫代硫酸钠-四阶导数）。

656.90 cm-1处的吸收峰归属于硫代硫酸钠分子SO4（δasSO4-硫代硫酸钠-四阶导数）。

硫酸钠分子结构的四阶导数MIR 光谱（图3B） 中，1 100.15 cm-1处吸收峰归属于硫酸钠分子SO4（νasSO4-硫酸钠一四阶导数）。

635.68 cm-1处的吸收峰归属于硫酸钠分子SO4（δasSO4-硫酸钠-四阶导数）。

亚硫酸钠分子结构的四阶导数MIR 光谱（图3C） 中，979.77 cm-1处的吸收峰归属于亚硫酸钠分子SO3（νasSO3-亚硫酸钠-四阶导数）。

628.80 cm-1处的吸收峰归属于亚硫酸钠分子SO3（βSO3-亚硫酸钠-四阶导数）。硫酸盐分子主要官能团四阶导数MIR 光谱数据见表3。

表3 硫酸盐分子主要冠能团四阶导数MIR 光谱数据（303 K）Table.3 Data of fourth derivative MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

2.4 硫酸盐分子去卷积MIR 光谱研究

硫酸盐分子去卷积MIR 光谱（303 K） 如图4所示。

图4 硫酸盐分子去卷积MIR 光谱（303 K）Fig.4 Deconvolution MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

进一步开展了硫代硫酸钠、硫酸钠及亚硫酸钠分子的去卷积MIR 光谱研究（图4）。实验发现，其对应的光谱信息过于复杂，很难对相应的官能团进行归属。硫酸盐分子主要官能团去卷积MIR 光谱数据见表4。

表4 硫酸盐分子去卷积MIR 光谱数据（303 K）Table.4 Data of deconvolution MIR spectrum of sulphate molecular(303 K)

续表

3 结 语

采用MIR 光谱开展硫酸盐（包括硫代硫酸钠、硫酸钠和亚硫酸钠） 的分子结构研究。研究发现，3 种硫酸盐的红外吸收模式存在着较大的差异性，采用MIR 光谱可以快速的开展3 种硫酸盐的结构鉴别研究，具有重要的应用研究价值。