于宏偉，王曉萱，李吉納，馬思怡，陳新樂，郭雪純

（石家莊學院化工學院，河北 石家莊 050035）

硝酸鈉（NaNO3，CAS7631-99-4），是一類重要無機精細化工產(chǎn)品，廣泛應用在化工[1]、食品[2]、電鍍[3]和炸藥[4]等領(lǐng)域。 硝酸鈉的廣泛應用與其特殊分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。中紅外（MIR）光譜廣泛應用于化合物結(jié)構(gòu)的研究[5]；變溫中紅外（TD-MIR）光譜可研究溫度變化對化合物分子結(jié)構(gòu)改變的影響[6-8]；而二維中紅外 （2D-MIR） 光譜則可進一步研究化合物官能團對應的吸收峰對物理擾動的敏感程度及變化快慢的順序，并能提供更加豐富的光譜信息[9-11]。 然而硝酸鈉的相關(guān)研究卻未見報道。

因此，本文以硝酸鈉為研究對象，分別開展了硝酸鈉的三級MIR 光譜（包括：硝酸鈉MIR 光譜、硝酸鈉TD-MIR 光譜和硝酸鈉2D-MIR 光譜）的研究，為硝酸鈉改性及應用提供了有意義的科學借鑒。

1 實驗部分

1.1 試劑

硝酸鈉，分析純，焦作市維聯(lián)精細化工有限公司。

1.2 儀器

Spectrum100 型傅里葉紅外光譜儀，美國PE 公司；Golden Gate 型單次內(nèi)反射ATR-FTIR 變溫附件和WEST6100+型變溫控件，英國Specac 公司。

1.3 實驗方法

紅外光譜實驗以空氣為背景，每次對信號進行8次掃描累加，測溫范圍303～393 K（變溫步長10 K）。硝酸鈉的MIR 及TD-MIR 光譜數(shù)據(jù)的獲得采用PE公司Spectrum v6.3.5 操作軟件。 硝酸鈉的2D-MIR光譜數(shù)據(jù)獲得采用清華大學TD Versin4.2 軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 硝酸鈉MIR 光譜研究

文獻報道，硝酸鈉NO3基團中的3 個O 原子是等價的，4 個原子共平面，3 個O 原子在三角形的3個頂角[12]。 NO3基團有4 種振動模式，分別為NO3不對稱伸縮振動模式、NO3對稱伸縮振動模式、NO3面外彎曲振動模式和NO3面內(nèi)彎曲振動模式。 它們的振動頻率區(qū)間分別位于：“1 510～1 210 cm-1”、“1 060～1 020 cm-1”、“840～800 cm-1”和“760～715 cm-1”4 個頻率區(qū)間。

首先采用一維MIR 光譜，對硝酸鈉的結(jié)構(gòu)進行表征，見圖1（a）。 進一步開展了硝酸鈉的二階導數(shù)MIR 光譜研究，見圖1（b）。

圖1 硝酸鈉的MIR 光譜（303 K）

從圖1（a）可知，1 336.41 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3不對稱伸縮振動模式（νasNO3-一維-硝酸鈉）；1 061.20 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3對稱伸縮振動模式（νsNO3-一維-硝酸鈉）；833.84 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3面外彎曲振動模式（γNO3-一維-硝酸鈉）；725.89 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3面內(nèi)彎曲振動模式（βNO3-一維-硝酸鈉）。從圖1（b）可知，其譜圖分辨能力有了一定的提高。其中，1 349.67 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3不 對 稱 伸 縮 振動 模 式（νasNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉）；1 061.21 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3對稱伸縮振動模式（νsNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉）；833.87 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3面外彎曲振動模式（γNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉）；725.74 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于硝酸鈉NO3面內(nèi)彎曲振動模式（βNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉）。

2.2 硝酸鈉的TD-MIR 光譜研究

2.2.1 硝酸鈉的一維TD-MIR 光譜研究

在303～393 K 的溫度范圍內(nèi)，首先開展了硝酸鈉的一維TD-MIR 的研究，探究溫度變化對于硝酸鈉分子結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果見圖2，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表1。

由表1 數(shù)據(jù)可知，隨著測定溫度的升高，硝酸鈉νasNO3-一維-硝酸鈉、γNO3-一維-硝酸鈉和βNO3-一維-硝酸鈉對應的吸收頻率發(fā)生紅移，而硝酸鈉νsNO3-一維-硝酸鈉對應的吸收頻率發(fā)生藍移。 隨著測定溫度的升高，硝酸鈉νasNO3-一維-硝酸鈉、γNO3-一維-硝酸鈉和βNO3-一維-硝酸鈉對應的吸收強度增加，而硝酸鈉νsNO3-一維-硝酸鈉對應的吸收強度降低。

2.2.2 硝酸鈉的二階導數(shù)TD-MIR 光譜研究

在303～393 K 的溫度范圍內(nèi)，進一步開展了硝酸鈉的二階導數(shù)TD-MIR 光譜的研究，其譜圖分辨能力有了一定的提高，具體見圖3，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表2。

由表2 數(shù)據(jù)可知，隨著測定溫度的升高，硝酸鈉νasNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉、γNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉和βNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉對應的吸收頻率發(fā)生紅移，而硝酸鈉νsNO3-二階導數(shù)-硝酸鈉對應的吸收頻率則沒有規(guī)律性改變。

2.3 硝酸鈉的2D-MIR 光譜研究

2.3.1 硝酸鈉νasNO3的2D-MIR 光譜研究

表1 硝酸鈉的一維TD-MIR 光譜數(shù)據(jù)（303～393 K）

圖3 硝酸鈉的二階導數(shù)TD-MIR 光譜（303～393 K）

表2 硝酸鈉的二階導數(shù)TD-MIR 光譜數(shù)據(jù)（303～393 K）

首先開展了硝酸鈉νasNO3同步2D-MIR 光譜研究，見圖4。

從圖4 可知，在1 380～1300 cm-1的頻率范圍內(nèi)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的自動鋒。

進一步開展了硝酸鈉νasNO3異步2D-MIR 光譜研究，見圖5。

從圖5 可知，在1 380～1 300 cm-1的頻率范圍內(nèi)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的交叉峰。 研究發(fā)現(xiàn)：在1 380～1 300 cm-1頻率范圍內(nèi)，采用2D-MIR 并不能得到有價值的光譜信息。

2.3.2 硝酸鈉νsNO3的2D-MIR 光譜研究

在1 090～1 020 cm-1的頻率范圍內(nèi)開展了硝酸鈉νsNO3同步2D-MIR 光譜研究，見圖6。

從圖6 可知，首先在（1 062 cm-1，1 062 cm-1）頻率發(fā)現(xiàn)1 個相對強度較大的自動峰，證明該頻率對應的吸收峰對于溫度變化比較敏感。

在1 090～1 020 cm-1的頻率范圍內(nèi)進一步開展了硝酸鈉νsNO3異步2D-MIR 光譜研究，見圖7。

從圖7 可知，在（1 062 cm-1，1 066 cm-1）頻率發(fā)現(xiàn)1 個相對強度較大的交叉峰，相關(guān)2D-MIR 光譜數(shù)據(jù)見表3。

根據(jù)NODA 規(guī)則和表3 數(shù)據(jù)可知，硝酸鈉νsNO3-二維對應的吸收頻率包括：1 066 cm-1（νsNO3-1-二維-硝酸鈉）和1 062 cm-1（νsNO3-2-二維-硝酸鈉）。 隨著測定溫度的升高，硝酸鈉νsNO3-二維吸收峰變化快慢順序為：1 066 cm-1（νsNO3-1-二維-硝酸鈉）>1 062 cm-1（νsNO3-2-二維-硝酸鈉）。

圖4 硝酸鈉νasNO3同步2D-MIR 光譜（1 380～1 300 cm-1）

圖5 硝酸鈉νasNO3異步2D-MIR 光譜（1 380～1 300 cm-1）

圖6 硝酸鈉νsNO3同步2D-MIR 光譜（1 090～1 020 cm-1）

圖7 硝酸鈉νsNO3異步2D-MIR 光譜（1 090～1 020 cm-1）

表3 硝酸鈉νsNO3的2D-MIR 光譜數(shù)據(jù)及解釋（1 090～1 020 cm-1）

2.3.3 硝酸鈉γNO3的2D-MIR 光譜研究

在870～810 cm-1頻率范圍內(nèi)，進一步開展了硝酸鈉γNO3同步2D-MIR 光譜研究，見圖8。

從圖8 可知，在（831 cm-1，831 cm-1）頻率附近發(fā)現(xiàn)1 個相對強度較大的自動峰，而在870～810 cm-1頻率范圍內(nèi)，并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的交叉峰。

圖8 硝酸鈉γNO3同步2D-MIR 光譜（870～810 cm-1）

在870～810 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了硝酸鈉γNO3異步2D-MIR 光譜研究，見圖9。

從圖9 可知，在（830 cm-1，834 cm-1）頻率附近發(fā)現(xiàn)1 個相對強度較大的交叉峰，相關(guān)2D-MIR 光譜數(shù)據(jù)見表4。

根據(jù)NODA 規(guī)則和表4 數(shù)據(jù)可知，硝酸鈉γNO3-二維對應的吸收頻率包括：834 cm-1（γNO3-1-二維-硝酸鈉）和830 cm-1（γNO3-2-二維-硝酸鈉）。 隨著測定溫度的升高，硝酸鈉γNO3-二維吸收峰變化快慢順序為：830 cm-1（γNO3-2-二維-硝酸鈉）>834 cm-1（γNO3-1-二維-硝酸鈉）。

2.3.4 硝酸鈉βNO3的2D-MIR 光譜研究

在760～700 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了硝酸鈉βNO3同步2D-MIR 光譜研究，見圖10。

圖9 硝酸鈉γNO3異步2D-MIR 光譜（870～810 cm-1）

表4 硝酸鈉γNO3的2D-MIR 光譜數(shù)據(jù)及解釋（870～810 cm-1）

從圖10 可知，在（724 cm-1，724 cm-1）頻率附近發(fā)現(xiàn)1 個相對強度較大的自動峰，而在760～700 cm-1頻率范圍內(nèi)，并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的交叉峰。

在760～700 cm-1頻率范圍內(nèi)， 進一步開展了硝酸鈉βNO3異步2D-MIR 光譜研究，見圖11。

從圖11 可知，在（722 cm-1，726 cm-1）和（726 cm-1，730 cm-1）頻率附近發(fā)現(xiàn)2 個相對強度較大的交叉峰，相關(guān)2D-MIR 光譜數(shù)據(jù)見表5。

圖10 硝酸鈉βNO3同步2D-MIR 光譜（760～700 cm-1）

根據(jù)NODA 規(guī)則和表5 數(shù)據(jù)可知，硝酸鈉βNO3-二維對應的吸收頻率包括：730 cm-1（βNO3-1-二維-硝酸鈉）、726 cm-1（βNO3-2-二維-硝酸鈉）和722 cm-1（βNO3-3-二維-硝酸鈉）。隨著測定溫度的升高，硝酸鈉βNO3-二維吸收峰變化快慢的順序為：722 cm-1（βNO3-3-二維-硝酸鈉）>730 cm-1（βNO3-1-二維-硝酸鈉）>726 cm-1（βNO3-2-二維-硝酸鈉）。

3 結(jié)論

圖11 硝酸鈉βNO3異步2D-MIR 光譜（760～700 cm-1）

表5 硝酸鈉βNO 3的2D-MIR 光譜數(shù)據(jù)及解釋（760～700 cm-1）

采用MIR 光譜開展硝酸鈉的結(jié)構(gòu)研究。 采用TD-MIR 光譜開展了溫度變化對于硝酸鈉結(jié)構(gòu)的影響。 采用2D-MIR 光譜，進一步研究了熱擾動下硝酸鈉主要官能團對應的吸收峰對熱的敏感程度及變化快慢的信息。 本文為研究重要的無機鹽（硝酸鈉）結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性建立了一個新的方法學，具有重要的理論研究意義和一定應用價值。