ИСТИНА

Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) является одним из наиболее эффективных и информативных методов исследования водных растворов амфифильных соединений. Однако не все механизмы формирования колебательных спектральных полос водных растворов самоорганизующихся амфифилов до конца выяснены. Поэтому нет возможности получать из спектров КР исчерпывающую информацию о взаимодействиях и колебательных процессах в системах. Так, неясна роль внутримолекулярных резонансов Ферми (РФ) и Дарлинга-Деннисона (РДД) в формировании спектра КР таких самоорганизующихся систем, например, как водно-этанольные растворы. Данная работа посвящена изучению оценки вкладов РФ в формирование спектральных полос водных растворов. В качестве объекта исследования использовалась дистиллированная вода при температурах от -5 до 95оС. Для оценки влияния РФ на формирование спектра КР необходимо решить задачу разложения спектра на спектральные полосы гауссовой формы [1]. Данная задача обладает высокой степенью некорректности, поэтому для ее решения нами были применены современные адаптивные методы анализа данных – генетические алгоритмы (ГА). В отличие от локально-итерационных методов (например, от метода градиентного спуска), ГА обладает большей обзорностью при поиске экстремумов целевой функции, что позволяет избегать преждевременного схождения в локальные оптимумы. Был проведен сравнительный анализ качества разложения широких валентных полос ОН групп на компоненты гауссовой формы с помощью гендерной модификации генетических алгоритмов (ГГА) [2] и сочетания ГА и градиентного спуска (ГА+град.). Установлено, что ГА+град. справляется с решением данной задачи лучше ГА и градиентного спуска. На основании анализа экспериментальных спектров КР воды с помощью генетических алгоритмов получены количественные оценки и характер изменения вклада резонанса Ферми (РФ) в интенсивность валентных полос ОН-групп воды с ростом температуры. Подобный анализ спектра КР более сложных систем может способствовать получению полезной прецизионной информации о структуре и процессах, проистекающих в исследуемом веществе. Например, перспективным выглядит изучение влияния клатратоподобных структур и кластеров типа сэндвичей на формирование спектра КР водно-этанольных растворов в области концентрации этанола 20% и 70% соответственно [3, 4]. Литература: 1. Plastinin I. et al. Contribution of Fermi and Darling-Dennison resonances to the formation of Raman spectra of water and water-ethanol solutions: Influence of Fermi and Darling-Dennison resonances on formation of Raman spectra // Journal of Raman Spectroscopy, 2017. Vol. 48, P. 1235–1242. 2. G.Kuptiyanov, I.Isaev, S.Dolenko. A Gender Genetic Algorithm and Its Comparison with Conventional Genetic Algorithm. In: Kryzhanovsky, B., Dunin-Barkowski, W., Redko, V., Tiumentsev, Y. (eds). Advances in Neural Computation, Machine Learning, and Cognitive Research VI. NEUROINFORMATICS 2022. Studies in Computational Intelligence, 2023, V.1064, pp. 158-166. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-031-19032-2_16. 3. Burikov S. et al. Decomposition of water Raman stretching band with a combination of optimization methods // Mol. Phys. Taylor & Francis, 2010. Vol. 108, № 6. P. 739–747. 4. Matsumoto M. et al. Structure of clusters in ethanol--water binary solutions studied by mass spectrometry and X-ray diffraction // Bull. Chem. Soc. Jpn. The Chemical Society of Japan, 1995. Vol. 68, № 7. P. 1775–1783.