认识水分子微观结构红外光谱怎么能少？

瑞利祥合

2020/06/21 10:06

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水，是地球上最普遍也最珍贵的物质，它不仅是所有生物体生命结构的重要组成部分，同时也是包括无机化合、人类在内所有生命生存的重要资源，在生命体的演化过程中一直发挥着非常重要的作用。正是因为水的滋润，才衍生出了这世间万物，地球这颗蓝色的星球才能够展现出勃勃生机。

虽然水对于生命形成的意义重大，但在对于水的了解方面，人类却知之甚少。就像地球上的水是怎么来的这个问题，对于人类而言现在仍旧是一个未解之谜。然而不管水是来自于地球外部还是地球内部，都撼动不了它在生命进化过程中的重要地位。水不仅非常珍贵，而且也是地球上具特性的物质之一，例如不寻常的密度能让它在气液固三种状态之间随意变换，随压力增大而降低的冻结温度可以使深海中的水不会结冰，而极性的水分子又让它变成许多物质的良好溶剂。

我们很早之前就知道水分子是由一个氧原子和一个氢原子组成的，但对于它是如何参与调节温度、溶解无机物、酶反应以及物质代谢等生物化学反应及其在自然界中的存在形式等问题却一直存在诸多疑惑。而在目前许多关于液态水的研究中，水往往是作为一个背景环境而被考虑的。近年来，随着分析技术的不断发展和进步，对液态水特性和微观结构的研究也逐渐引起了人们的广泛关注。

据了解，自然界的水通常是由若干水分子通过氢键作用而聚合在一起的水分子簇，又被称为水团簇。一直以来人们都认为最小的水滴是由六个水分子组成的水团簇，但近期国内的一项研究成果却颠覆了人们对于液态水微观结构的这一错误认知。

YL2000 FTIR光谱仪

FTIR光谱仪

近日，中科院大连化学物理研究所的江凌研究员和杨学明院士团队以及清华大学的李隽教授研究团队，通过其自主研制的基于大连相干光源中性团簇红外光谱实验装置发现，由五个水分子组成的水团簇中存在着三维立体结构，在有限温度条件下可以呈现体相水的结构特征和光谱特征，证明最小的水滴是由五个水分子组成的水团簇。为揭开水的微观结构演化提供了新的思路。

红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。通过红外光谱，我们可以了解分子的结构和化学键，进而推测出分子的三维立体构型。作为分析检测领域的“四大名谱”之一，红外光谱以其优异的定性分析特性而活跃于高分子化学、环境科学、材料科学、石油工业、生物医学等领域，成为科学研究和生产的“眼睛”。

现如今，国内前沿分析技术与应用方法层出不穷，政策市场频频向好，越来越多的科研机构和仪器企业也为光谱仪的发展注入了源源动力，相信在多重因素的共同推动下，未来光谱仪的发展和应用也会更上一层楼。