Нагрев жидкости лазером

Здравствуйте. Мы делаем вакуумную центрифугу для упаривания воды и других растворителей при пробоподготовке для химического анализа. Испарение процесс эндотермический, поэтому раствор в вакууме сильно охлаждается и процесс сильно замедляется. Поэтому возникла необходимость жидкость греть. Возможно ли использовать для нагрева лазер ИК диапазона? Если не ставить коллиматор, то пятно ведь может быть достаточно широким, чтобы не прожечь пробирку и при этом достаточно разогреть жидкость. Объем пробирки 1,5 мл, но реальной жидкости не более 1 мл. Материал пробирки полипропилен, но можно заменить на стекло. Греть предполагается сверху, то есть непосредственно на жидкость.

 

мне так кажется, от твердотела эрбиевого жидкость как бы взываться будет в поверхностном слое, он не подойдет, все расплещется и возможно будет испарятся.

 

ну если можно в камере легко поставить окно под 10,6 лазер, то,в общем-то 40-100Вт энергии загнать в воду элементарно.. у СО-шников излучение поглощается водой и стеклом полностью.

 

нет не будет, это непрерывный лазер, будет постепенно греть.

 

я читал, ещё в около 1990 г. удалось ИК-лазером разделить смесь метанола и воды, метанол избирательно испарили. У нас тоже промышленная проблема: определение воды в жидком броме (от 0,01 % до 0,06%), можно ли избирательно испарить воду из брома ИК лазером? Или сам бром (т. кип. 59 по Цельсию)

 

Интересно, какая была идея такого разделения в 1990-х. Я пока не понимаю, за счёт чего такое разделение возможно. Вот разделение изотопов понятно - там избирательно возбуждают светом нужный изотоп. А вот как с нагревом... Или у метанола есть особые линии поглощения ИК, которых нет у воды? Тогда надо чтобы и у брома были подобные линии.

 

идея была, видимо, показать такую возможность. Сейчас это реализовано в методе анализа- лазерной аб_ляции(вдруг антимат сработает) испарение молекул веществ с поверхностей и экспресс анализ в газовой фазе. С метанолом тут испарение в объёме, разделение возможно из-за того, что водородные связи между молекулами метанола сильнее, чем между метанолом и водой, лазер, видимо, разрушает связи метанол-вода, формируются 2 отдельные фазы в растворе--метанол и вода, эмульсия, как жир в молоке( если вы смешаете воду 60% и этанол 40% при комнатной температуре, вы водку не получите, будет прозрачная эмульсия--нужно перегнать, чтобы разорвать связи между молекулами этанола и связать их с молекулами воды, или при долгом стоянии это само произойдёт--энтропия такой системы выше, хотя энергетически не очень выгодно) Конечно, у молекулы метанола есть свои линии поглощения, отличные от молекул воды, особенно по колебательно-вращательным уровням связи С-OH, и ещё, конечно С-Н, поэтому его можно избирательно испарить из воды, он более летуч. Да, конечно передавать энергию молекулам воды метанол будет, но это явно не такой большой %, как при сплошном "спектре электроплитки", да и кювету можно охлаждать.
У брома таких линий поглощения полно.

 

Про испарение метаноловки читал в журнале "Природа" АН СССР, раздел "Новости науки", номер не помню, ещё в бумажном виде, серьёзный журнал.
Могу дать другую ссылку, более современную:
https://nplus1.ru/news/2018/01/08/IR-laser
На счёт механизма испарения метанола написал в посте выше, посмотрите.
Задача аналитическая. Дело в том, что коррозионное действие влажного брома гораздо, сильнее, на порядок, чем осушенного, за счёт образования бромистоводородной и бромноватистой кислот(гидролиз брома):
H2O +Br2 <=> HBr + HOBr
Для транспортировки это критично, его перевозят либо в стеклянных бутылках ёмкостью 1 л(в деревянных ящиках с вермикулитом, каждая бутылка в жестяной банке), либо в эмалированных стальных контейнерах (такая эмаль выпускается только в Германии, с которой всё плохо), выдерживают только освинцованные стальные контейнеры, хотим попробовать дополнительно в такой контейнер сделать вкладыш из плёнки PVDF (фторопласта-2)
С осушкой брома проблем нет- вода(полярная) в броме(диэлектрик) находится в виде эмульсии, бромной воды, которая кипит при 54 градусах по Цельсию, сам бром кипит при 59, в аппарате с кожухом нагревают горячей водой бром до 55 и при отгонке 10-20 % брома воды уходит в этой фракции около 90% от исходной, в изначальном влажном броме воды около 0,06 %, необходимо осушить, чтобы осталось не более 0,01%, при такой отгонке это достигается (остаётся 0,005-0,006%), но нужно определить содержание воды в осушенном броме, доказать это анализом.
Есть исследование советских специалистов- определяли температуру кипения брома с разным количеством воды: от 0,05% до 0,01% (это метод эбулиоскопии, в специальном термостате). Было установлено, что зависимость температуры кипения брома от содержания воды линейная, разница между 0,05% и 0,01% составляет 3 градуса, разница между 0,01%(58,1) и чистым сухим бромом(59,25) не менее 1 градуса. Но термостат--это большие количества брома и большая погрешность анализа(и капец термостату), необходим аналитический метод- пробу 1-2-5 мл брома нагреть и измерить температуру кипения, такой избирательный нагрев может обеспечить только ИК-лазер. Также хотелось бы избирательно испарить им бром при комнатной температуре и измерить количество оставшейся воды--тем же весовым методом, просто взвесив кювету.

 

Так а зачем тогда воду измерять, если от неё проще сразу избавиться осушкой?
Чисто теоретически, вы можете воспользоваться электронным парамагнитным резонансом для анализа воды в броме. Думаю, это возможно.

 

Я не очень представляю, как ведёт себя вода во внешнем СВЧ-поле. Но мне кажется, отклик в ЭПР от воды будет.
А в ЯМР, думаю, установка будет очень дорогая.

 

вы имели ввиду ПМР- это тоже ЯМР, только на протонах

 

Мы бром производим, он бывает марки А с содержанием воды не более 0,01% и марки Б со всеми остальными от 0,01 до о,о6%, на этикетках пишем по ГОСТ 454-76, а как доказать потребителю и проверкам, нужен метод анализа. Проблема как раз в определении нулевой точки графика. Полностью избавиться от воды очень сложно, нас устраивают 0,005- 0,006 % после отгона, но как их фиксировать в процессе непрерывного производства.
Предлагал сразу использовать ПМР для определения воды, но начальство не понимает, что это нужно связываться с центром коллективного пользования научного оборудования в Новосибирске, например. я сам по студенческой специализации как раз ЯМР-щик. Там пробы запаиваются в капилляр из специального стекла, для прибора безопасно.

 

Помню, читал в книге 2002 г., Москва, "Технология бродильных производств", что строение водно-спиртовых растворов очень сложно и до сих пор до конца не изучено(книгу профессионалы писали). То что вы наблюдали--это докторская диссертация Менделеева, который изучал эти растворы и определил, что самый плотный--40% и другие свойства.
Конечно, при ИНТЕНСИВНОМ перемешивании будет гомогенный раствор, как при перегонке, но начальная разница в плотностях даёт свой эффект, если сильно не перемешивать. Есть ещё эффект Марангони--из-за разницы поверхностного натяжения при испарении спиртовых растворов.
Вы недооцениваете влияние межмолекулярных водородных связей. Например из-за димеризации уксусная кислота является слабой, если бы этого не было, была бы как хлорная( это из работ такого советского специалиста по растворителям и растворам, как Юрий Яковлевич Фиалков, профессор Киевского политеха.)
ЭПР--это для радикалов, реакций с переносом электрона, ОВР и т.д. Конечно, для воды нужен обычный ПМР на протонах. Там площадь пика пропорциональна концентрации ядер 1Н, как в хроматографии
Фотохимический синтез я привёл как пример того, что сейчас уже можно возбудить конкретные колебательно-вращательные уровни молекул, соответствующие определённым связям, то есть сразу выбить их из стандартного распределения по Больцману для энергии активации реакции, это круче катализа, это селективный лазерный синтез. Улёт из раствора--такая же активация, только более грубая.
Троллит обычно вчерашняя школота. В трёхмерной сетке воды насколько я помню, 8 полостей на минимальную ячейку, 6 маленьких и 2 больших, их размеры и определяют, какие атомы, молекулы и ионы могут образовывать растворы и клатраты. Со спиртами там будет ещё сложнее из-за водородных связей и гидрофобной группы.
Мутность самогона--это сивушные масла, смесь амиловых, бутиловых и др. спиртов

 

Нет, я имел в виду именно ЭПР. Но я это предлагал именно как общую идею - смотреть отклик при облучении СВЧ. Я же не знаю, как выглядит отклик воды в разных методах.