Определение энергетической структуры и спектроскопических параметров для полос ν10, ν5+ν12 и ν6+ν11 молекулы C2D4

С помощью Фурье-спектрометра Bruker IFS 125 HR впервые зарегистрирована колебательно-вращательная структура полос полос v10, v5+v12 и v6+v11 молекулы C2D4 с разрешением 0,0025 см-1. На начальном этапе исследования выполнена интерпретация переходов в спектре, результаты которой впоследствии были использованы в качестве экспериментальных данных для решения обратной спектроскопической задачи. Впервые определяется набор спектроскопических параметров исследуемых колебательных состояний. Среднеквадратичное отклонение составляет 0,0013 см-1.

Введение………………………………………………………………………………………………….14

1. Общая информация о молекуле этилена и ее изотопологах……………….16

2. Методы теоретического исследования спектров молекул
2.1. Колебательно-вращательный гамильтониан молекулы……………….21
2.2. Приближение Борна-Оппенгеймера……………………………………………28
2.3. Эффективный гамильтониан при наличии резонансных
взаимодействий……………………………………………………………………………….30
2.4. Элементы теории изотопозамещения…………………………………………33
2.5. Экспериментальные основы колебательно-вращательной
спектроскопии…………………………………………………………………………………………..38

3. Анализ колебательно-вращательного спектра полосы ν10 молекулы
C2D4 в районе 450-750 см-1……………………………………………………………………….42
3.1. Экспериментальная часть…………………………………………………………..43
3.2. Интерпретация переходов и подгонка параметров гамильтониана44

4. Анализ колебательно-вращательного спектра молекулы C2D4 в районе
2900-3600 см-1
4.1. Результаты исследования колебательно-вращательной структуры
полосы ν5+ ν12…………………………………………………………………………………..52
4.2. Анализ спектра высокого разрешения полосы поглощения ν6+ ν1156

5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
Введение…………………………………………………………………………….61
5.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения
5.1.1. Анализ конкурентных технических решений……………..62
5.1.2. SWOT-анализ…………………………………………………………………62
5.2. Планирование научно-исследовательских работ
5.2.1. Структура работ в рамках научного исследования…………..66
5.2.2. Определение трудоемкости выполнения работ и разработка
графика проведения………………………………………………………………..67
5.3. Бюджет научно-технического исследования……………………………….70
5.3.1. Расчет материальных затрат научно-технического
исследования…………………………………………………………………………..70
5.3.2. Расчет амортизации специального оборудования……………71
5.3.3. Основная и дополнительная заработная плата исполнителей
темы……………………………………………………………………………………….72
5.3.4. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые
отчисления)…………………………………………………………………………….74
5.3.5. Накладные расходы………………………………………………………..74
5.3.6. Бюджетная стоимость…………………………………………………….75
Выводы по разделу…………………………………………………………………………75
6. Социальная ответственность
6.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
6.1.1. Специальные (характерные для рабочей зоны
исследователя) правовые нормы трудового законодательства…..77
6.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей
зоны исследователя…………………………………………………………………79
6.2. Анализ выявленных вредных факторов производительной среды
6.2.1. Микроклимат…………………………………………………………………80
6.2.2. Освещенность………………………………………………………………..81
6.2.3. Шум………………………………………………………………………………86
6.2.4. Электромагнитные поля…………………………………………………87
6.3. Анализ выявленных опасных факторов производственной среды
6.3.1. Электробезопасность……………………………………………………..90
6.3.2. Факторы пожарной и взрывной природы………………………..92
6.4. Экологическая безопасность………………………………………………………95
6.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………………96
Заключение……………………………………………………………………………………………..98

Список публикаций………………………………………………………………………………100

Список использованных источников……………………………………………………101

Приложение А. Переходы, соответствующие полосе ν10………………………….105
Приложение Б. Переходы, соответствующие полосе ν5+ ν12…………………….119
Приложение В. Переходы, соответствующие полосе ν6+ ν11…………………….131
Приложение Г. Разделы, написанные на иностранном языке…………………..135

В ходе проделанной работы были исследованы спектры молекулы
изотополога C2D4 в диапазоне 450-750 см-1 для ν10 и 2900-3600 см-1 для ν5+ν12
и ν6+ν11. С помощью метода комбинационных разностей найдено 1247
колебательно-вращательных энергий для ν10, 529 энергий для ν5+ν12 и 181 для
ν6+ν11, что в свою очередь соответствует 5040, 2080 и 2415 колебательно-
вращательным переходам для ν10, ν5+ν12 и ν6+ν11 соответственно.
Максимальные значения пар квантовых чисел Jmax и Kamax для каждой из
полос ν10, ν5+ν12 и ν6+ν11 равны 36 и 22, 22 и 12 и 30 и 20 соответственно.
Знание разброса в значениях верхних уровней для ν5+ν12 (P-, Q-, R-ветви)
(см., например, табл. 8, колонка 5) позволило установить экспериментальную
погрешность, которая составила 0,0006 см-1.
В результате решения обратной задачи с использованием
гамильтониана Уотсона впервые получены спектроскопические параметры
колебательных состояний (v10 = 1), (v5 = v12 = 1) и (v6 = v11 = 1) исследуемой
молекулы, что позволяет воспроизводить вращательные уровни энергии с
погрешностью 0,13∙10 -2 см-1. Исходя из результатов, полученных в данном
исследовании, можно сделать вывод, что для воспроизведения энергий (для
Ka≤12, J≤22) для полос ν5+ν12 и ν6+ν11 с точностью, близкой к
экспериментальной, достаточно использовать модель эффективного
гамильтониана без учета резонансных взаимодействий. Для полосы ν10 стало
возможным рассчитать параметры взаимодействия Кориолиса, которые с
сумме со всеми параметрами позволяют воспроизводить экспериментальный
спектр с точностью не менее drms = 2,2 ∙ 10–4 см–1.
Используя теорию изотопозамещения, было теоретически предсказано
значение главных вращательных параметров (A, B и C) на примере
колебательного состояния (v5 = v12 = 1). Предсказание параметров позволило
упростить процедуру подгонки параметров, тем самым уменьшив количество
затраченного на операцию фитинга времени и увеличив точность
параметров, полученных решением обратой спектоскопической задачи.
Было показано, что, используя простейшие соотношения (43)-(44),
параметры B  для основной модификации отличаются в среднем в 0,6 раз от
~
соответствующих параметров B  для молекулы C2D4., а также, что для

дейтерированных молекул эффект изотопозамещения имеет намного более
сильное влияние, чем для других случаях изотопозамещения.
Список публикаций

Тезисы на конференции:
1. Меркулова М.А. Анализ колебательно-вращательного спектра
высокого разрешения полосы ν10 молекулы C2D4 в диапазоне 450 – 750 см-
1
//Перспективы развития фундаментальных наук, Томск, 24-27 апреля. –
Томск, 2018 – С. 207-210.
2. Fomchenko A.L., Bekhtereva E.S., Gromova O.V., Merkulova M.A.,
Bauerecker S., Ulenikov O.N. Line position and strengths in the ν10/ ν7 bands of the
C2D4 molecule//The 25th International Conference on High Resolution Molecular
Spectroscopy, Bilbao, September 3rd-7th. – Bizkaia Aretoa – UPV/EHU, 2018 –
P.261.
3. Меркулова М.А. Определение энергетической структуры и
спектроскопических параметров колебательного состояния (v5 = v12 = 1)
молекулы C2D4. // Перспективы развития фундаментальных наук, Томск, 21-
24 апреля. – Томск, 2020 – С. 174-176.

Статьи:
1. Ulenikov O. N., Bekhtereva E.S., Gromova O.V., Fomchenko A.L.,
Merkulova M.A., G.Ch. Mellau , C. Sydow , S. Bauerecker. Extended high-
resolution analysis of the ν10 band of C2D4 //Journal of Quantitative Spectroscopy
and Radiative Transfer. – 2018. – Т. 219. – С. 262-273.
2. Зятькова А.Г., Меркулова М.А., Конова Ю.В.. Определение
энергетической структуры и спектроскопических параметров колебательного
состояния (v5 = v12 = 1) молекулы C2D4 // Оптика и спектроскопия. – 2020. – Т.
128. – С. 583-588.