用17O核磁共振研究液态水的团簇结构(3)

环境科学学报２４卷

ａ自来水口纯水日人工配木共振锁定磁场．因此，可方便地用于液态水核磁共振分

析的只有１Ｈ核和１７０核．为了对这两种核的核磁共振结

果进行比较，测定了自来水、纯水和人工配水的１Ｈ谱核

磁共振谱线宽和１７０谱核磁共振谱线宽，结果见图３．

所选择的自来水水样为清华大学自来水．纯水为

电子级纯水，测试时的电阻率可达到２Ｍ０－ｃｍ人工

配水为人工配制的具有典型特征的离子溶液，溶液中

阳离子总浓度为０．１３ｍｍｏｌ，Ｌ（总质量浓度为

３．７９０６０３０矗。＆Ｈ谱１７０谱圈３布羁水样的１Ｈ谱和１＇０谱核磁共振谱线宽比较

ｎｇ３ｃｏｍＰ呷ｓ加ｏｆｌ¨锄ｄｌｂ

也珏∞ｅ卅ｗａｋＴ３ａｍｎｌｅｓＮＭＲ嗍Ｍ甜ｍ∥Ｌ），阳离子种类及浓度见表２．溶液中阴离子主要是ｓｏ：一和ｃｌ一．该水样的典型特征是：在常温下，该

水样的‘７０－ＮＭＲ谱线宽在所有水样中是最窄的．

从图３中可以看出，在用。Ｈ核和”０核分别对

不同的水样进行核磁共振测量时得到了不同的结

果．自来水、纯水和人工配水的１７０一ＮＭＲ谱线宽具有

明显的差别；而不同水样的１Ｈ．ＮＭＲ谱线宽与”ｏ．

ＮＭＲ谱线宽相比较，结果偏小而且相对差别不大，

不利于对不同水样进行比较．因此在利用核磁共振

对液态水进行研究时应选用”Ｏ核进行测量由于

‘７０核的天然丰度相对较低，因此在进行核磁共振测

量时必须使用４００ＭＨｚ以上的核磁共振波谱仪．襄２人工配水水样中阳离于的种类殛浓度Ｔａｂｌｅ２Ｃａｌ】ｏｎ８蛐ｄ山ｅ口…ｃｅｎｔｒｍｉｏｎ８ｉｎａｒＩｉ６ｃ“帅＂…ｍＤｋ物质的量浓度，ｍｏＩ几２００Ｏ８●６成分Ｃａ２＋Ｎａ＋Ｍｆ＋Ｆ，＋帆叭叭机０

综合以上各种因素，当用核磁共振对液态水进行研究时，从水中的６种同位素中选择”ｏ

作为核磁共振测量时所使用的同位素核．实验在Ｂｍｋｅｒ公司ＡＲｘ４００型４００ＭＨｚ核磁共振波

谱仪上进行，１７０核的共振频率为５４．２４３ＭＨｚ．

３不同温度下液态水１７０．ＮＭＲ谱线宽的变化

３．１温度和水样的选择

实验中所用核磁共振波谱仪只能在常温到６０℃左右对水样进行分析因此选择了常温

（２９５Ｋ）、２９８Ｋ、３０８Ｋ、３２３Ｋ几个温度点，测定不同的水样在这几个温度点处的”Ｏ—ＮＭＲ谱线

圈４不同温度下不同水样的１ｕＮＭＲ请线宽接起来的，因此液态水团簇结构的变化依赖于水中氢键的

‰４１ｂ—ＨＭＲＦＷＨＭ甜ｄ ％州ｗ岫变化情况．在液态水的温度由熔点向沸点过渡的过程中会

伴随着氢键的断裂．可以根据饱和过程液态水比热容的变８…ｄ……“”““””“”８