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基于红外ATR技术定量分析卤水溶液中高氯酸盐 火星表面探测的应用 何显科 201200830044 摘要：对卤水溶液中的高氯酸盐的定性定量分析对火星古环境演化历史、气候变迁具有重要意义。本实验通过分析过中红外ATR(衰减全反射)光谱仪对NaCl04、NaCl03、NaCl、KCl、KClO4、KClO3、CaCl2、MgCl2卤水溶液进行扫描，结果发现，只有NaCl04、NaCl03、KClO4卤水溶液具有明显的中红外光谱信号.这为我们以后NaCl04、NaCl03、KClO4卤水溶液的定量光谱分析、特征线检出奠定了基础。而NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、KClO3卤水溶液没有检测到异于水的光谱信号。我们因此断定：和水的光谱信号基本一致的的卤素化合物水溶液即便存在，也不会对我们的红外光谱信号产生干扰。本实验为未来火星车就位探测提供了一种检测高浓度卤水溶液中高氯酸盐的快速的无需样品处理的检测方法，具有重要科学意义。关键词：红外光谱 高氯酸盐 火星探测 一、引言 火星探测一直是一个很吸引人的话题，凤凰号火星车的探测已经表明，在极为干燥的火星表面一些区域存在过水。火星奥德赛（Mars Odyssey）轨道卫星探测发现，火星表面上广泛、非均匀地分布着含氯无机盐1-2。更详细的就位探测数据表明，含氯盐中的高氯酸盐丰度相对较高。凤凰号着陆地点的高氯酸根（ClO4）的质量比含量（0.40.6%）是氯离子（Cl）的48倍3。地球上高氯酸盐的含量很低且仅分布在极少数极端干燥地区（如南极干谷，智利阿塔卡马沙漠）4，而且ClO4含量远比Cl低。高氯酸盐在火星和地球上含量和分布的巨大差异，使其成为研究火星气候演变、水文历史、地质演化甚至是生命信息的理想标志物。同时，这也可能为未来人类登陆火星探测提供水源。当然，水的存在也可能对火星局部区域的湿度、温度等造成影响。基于此，我们将测定不同种类的氯素盐溶液在不同含量下的光谱特性。上述研究对火星古气候及其变迁具有重要意义。 二、实验过程2.1 实验仪器及参数德国布鲁克公司的VERTEX70型傅立叶变换红外光谱仪；其主要构成为：ATR衰减全反射附件、溴化钾分束器、RT-DLaTGS探测器、OPUS6.0数据采集定量分析软件；实验参数为：波段范围4000600cm-1，光谱分辨率2cm-1，64次光谱累计求平均。MP31001型数字电子称（精确度0.01）。以及烘烤箱、烧杯、滴管等。2.2待检测样品氯化钠、氯化钾、无水氯化镁、一水高氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钠、氯酸钾、氯酸钠。2.3 实验步骤2.3.1 溶液配制将所有化学样品取适量于蒸发皿并放入烘烤箱干燥12小时，取出一种样品（以氯酸钠为例），用数字电子秤称取19.8克，参照其溶解度（20，30摄氏度下100毫升溶解95.9克，105克），我们加了26.92g水，配得73.55g/100mL的高浓度氯酸钠溶液。其余样品均采用类似步骤配得高浓度溶液。所有溶液相关参数如表一溶剂类型KClKClO3KClO4NaClNaClO3NaClO4.H2OCaCl2MgCl2溶剂/g1.830.730.511.7919.8017.026.005.46加水量/g12.566.6522.616.7626.9212.1911.6811.5浓度g/100mL27.2311.232.2626.4873.55139.6283.3047.48 表一2.3.2几种溶液的光谱检测及结果分析通过衰减全反射法进行测量：移液枪对纯净水和每一种样品取100，滴在ATR衰减全反射器件金刚石的光学窗口上，进行了64扫描累加求得平均值，作为建立预测模型的最终数据。在采集光谱数据时使用了软件的气氛补偿功能，将空气中的二氧化碳和水蒸气的光谱吸收峰自动扣除； 再将光学窗口擦拭干净，进行下一个样品的检测。完成样品中红外光谱数据的采集工作。通过与纯水的对比发现，只有NaCl04、NaCl03、KClO4卤水溶液具有明显的异于水的吸收峰，而其他溶液的光谱与纯净水光谱几乎一致。NaCl04、NaCl03、KClO4卤水溶液吸收谱图像见附图。3、 结论ATR测出的光谱表明，NaCl04、NaCl03、KClO4卤水溶液具有明显不同的中红外光谱信号.我们以后就可在此基础上开展NaCl04、NaCl03、KClO4卤水溶液的定量光谱分析、特征线检出方面的工作。而检测NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、KClO3卤水溶液，却没有发现异于水的光谱信号。这说明和水的光谱信号基本一致的卤素化合物水溶液的存在不会对我们的红外光谱信号产生干扰。这也为未来火星车就位探测提供了一种检测高浓度卤水溶液中高氯酸盐的快速的无需样品处理的检测方法，具有重要科学意义。4、 展望以已有实验为基础，我们后续的工作将集中在以下两点：（1）通过衰减全反射法对更多种类的卤水盐溶液在