太赫兹技术对二氯苯胺两种同分异构体的检测

采用太赫兹时域光谱技术测量了3,4-二氯苯胺和2,5-二氯苯胺在0.2~2 THz波段的吸收谱,3,4-二氯苯胺在1.00 THz,1.48 THz,1.88 THz处有3个吸收峰,2,5-二氯苯胺在0.83 THz,1.04 THz,1.17 THz处有3个吸收峰,吸收峰峰位强度也有明显不同。采用密度泛函理论进行理论光谱计算,理论光谱与实测光谱一致性良好。结果表明通过太赫兹时域光谱技术可以实现3,4-二氯苯胺和2,5-二氯苯胺2种同分异构体的指纹检测,为太赫兹波段有明显特征吸收峰的毒性物质检测提供了一种快速、准确的方法。     

有机半导体苝的DFT理论计算研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对苝进行了B3LYP/6-31G水平上的分子结构优化、IR光谱、Raman光谱、THz光谱、UV-Vis光谱、分子前线轨道、分子电子密度、Mulliken电荷等理论计算。研究结果表明:理论计算结果与实验数据吻合得较好,对IR、THz、UV-Vis吸收光谱和Raman散射光谱中的特征峰进行了归属,发现苝的THz光谱有三个特征吸收峰,它们分别位于2.94、5.46和7.77 THz,其中5.46 THz的吸收是最强的,它是由以C4-C1-C11-C16为轴的苝分子面外对称弯曲振动产生的。苝在UV-Vis光波段有三个吸收峰,峰值波长分别位于420.79、328.14及303.80 nm,其中420.79nm的紫外吸收峰最强。前线轨道计算表明苝分子的HOMO与LUMO能量差值为3.077eV,它与用UV-Vis的理论计算能隙2.946eV仅有0.131eV(4.45%)的偏差。     

氨基酸的太赫兹光谱研究进展

太赫兹(THz)波是指频率从0.1到10 THz之间的电磁波。氨基酸分子间的振动模式(扭转,集体振动和氢键)大都处于THz波段,相比红外,氨基酸在THz波段体现出很多独特的吸收特征。因此对氨基酸的太赫兹光谱进行研究,有利于更全面地认识氨基酸的生物特性,也为进一步研究生物大分子蛋白质提供了借鉴。本文系统分析了太赫兹时域光谱技术在氨基酸领域应用的研究进展,总结了包括氨基酸的鉴定与识别、太赫兹指纹谱数据库的建立、振动模式指认及理论模型构建、太赫兹光谱与温度相关性以及基于THz光谱的定量分析等5个方面的研究内容。依据大量前人的研究成果,总结了20种基本氨基酸在0~6 THz的指纹谱数据库,针对当前的研究现状,提出了氨基酸太赫兹光谱研究方面仍存在的问题,为今后的研究工作提供了重要的指导价值。     

基于太赫兹衰减全反射光谱的固体乳糖测试

利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了固态α-乳糖的光谱特性,首先实验以传统透射式光谱技术为基准,获得了0.53 THz,1.36 THz 2个较强的吸收峰;其次,取剂量分别为1.8 mg+2.56 mg与1.8 mg的α-乳糖,利用衰减全反射式太赫兹时域光谱系统获得吸收谱线,在0.53 THz,1.36 THz均有较强吸收峰,增加样品剂量对0.53 THz,1.36 THz处吸收强度未产生影响;最后取相同剂量的2份α-乳糖,一份过筛至75μm,另一份未过筛,利用衰减全反射式太赫兹时域光谱系统获得吸收谱线,在0.53 THz,1.36 THz均有较强吸收峰;减小样品颗粒度,在0.53 THz,1.36 THz附近吸收强度增加。     

GHB光学性质的DFT理论计算研究

采用密度泛函理论( DFT)方法对γ-羟基丁酸(GHB)进行了B3LYP/6-31G水平上的分子结构优化、红外光谱、Raman光谱、紫外-可见光谱及分子前线轨道理论等计算.研究结果表明:理论计算结果与实验数据吻合得较好,对IR、THz、UV-Vis吸收光谱和Raman散射光谱中的特征峰进行了归属,发现GHB在0.1 ～...     

维甲酸和叶酸的太赫兹光谱

利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）在室温下对两种抗肿瘤维生素类药物维甲酸和叶酸在0.2～1.8 THz范围内进行了光谱测量,得到对应的吸收谱和折射率谱,发现叶酸和维甲酸在太赫兹波段都有明显的特征吸收峰,可作为其在太赫兹波段的指纹谱用于药物分子识别。同时,采用Gaussian03软件进行了单分子的密度泛函理论模拟,模拟中采用B3LYP结合高斯型基组6～31 G（d,p）,理论计算与实验结果基本吻合。另外,采用Gaussian-View3.0对叶酸和维甲酸在THz波段的特征吸收峰进行了指认。结果证明:利用太赫兹光谱技术结合密度泛函理论模拟对两种抗肿瘤维生素类药物分子识别及其新药研制具有一定的参考意义。     

FOX-7太赫兹波吸收特性及理论计算

为了研究新型高能钝感材料1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的分子结构特性,采用太赫兹时域光谱技术对FOX-7在0.2~2.3 THz波谱范围内的吸收光谱进行了探测,得到了待测样品的太赫兹吸收谱线,确定了其特征吸收峰的位置.基于密度泛函理论(DFT)对FOX-7单分子和晶体结构在小于2.4 THz范围内的吸收光谱进行了模拟计算,结果表明分子间相互作用对FOX-7吸收峰的形成起到很大的作用.完成了对实验光谱中特征吸收峰振动模式的分析和指认:1.59 THz处吸收峰的光谱特征主要由―NO2和―NH2的摆动造成,2.12 THz 处吸收峰光谱特征的产生包含―NO2和―NH2的摆动以及各自的扭动.     

低温下手性糖类的太赫兹吸收光谱和手性光谱

糖类是典型的手性物质,其在太赫兹波段的手性光谱尚未得到充分研究。本文研究了乳糖、半乳糖、葡萄糖3种糖类在低温和常温下的折射率和吸收谱,并通过太赫兹时域偏振光谱检测,获得了这些样品的手性光谱。实验结果显示,糖类吸收会随着温度降低而减弱,低温下有利于获得样品的手性特征;在80 K温度下,葡萄糖在1.3~1.5 THz频段表现出很强的圆二色性(CD),在1.39 THz处CD谱峰值达到44.97%;在1.6~1.8 THz频段内,3种糖类都具有特定的手性特征峰,CD值均超过20%。研究结果对进一步认识手性生化样品在太赫兹波段的手性光谱及其内在机制具有重要参考价值。     

用两种不同测量技术对毒品THz光谱的研究

为了使太赫兹(THz)技术在毒品检测中变得更为实用,运用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术和傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术分别研究了甲基苯丙胺(MA)、4,5-亚甲基二氧基苯丙胺(MDA)和3,4-亚甲基二氧基-N-甲氧基苯丙胺(MDMA)3种走私毒品的THz吸收光谱,获得了这些毒品不同谱宽的THz光谱,并对两类...     

基于太赫兹辐射的甘草主成分光谱分析

采用透射式太赫兹时域光谱系统测试了甘草主成分甘草酸、甘草次酸以及甘草苷的太赫兹光谱,发现甘草酸、甘草次酸以及甘草苷在0.3~1.72 THz频段内具有明显的吸收特征,此频段内它们的太赫兹吸收峰峰位接近、吸收谱谱线相似。利用量子化学方法模拟甘草酸的太赫兹吸收谱,并与实验谱进行对比指认完成对3种单质的定性分析工作。本文分别采用基于DFT和PM3模型,完成对甘草酸单分子构型的结构优化与频率计算。结果表明,两种方法得到的太赫兹模拟吸收峰与实验吸收峰基本吻合,而且基于DFT模型得到的太赫兹模拟吸收谱波形与实验谱更为接近。最后选取了甘草酸的特征吸收峰1.655 THz及其附近6个数值点的太赫兹吸收系数,将其取平均值后与浓度进行了一元线性回归拟合,拟合结果从理论上验证了甘草酸太赫兹吸收谱符合朗伯比尔定律。     

Terahertz Multivariate Spectral Analysis and Molecular Dynamics Simulations of Three Pyrethroid Pesticides

The terahertz (THz) multivariate spectral characteristics and the molecular dynamics of three pyrethroid pesticides, including deltamethrin, fenvalerate, and beta-cypermethrin, were studied in this paper. THz spectra of the pesticides were measured in frequency range of 0.06–3.5 THz by using THz time-domain spectroscopy (THz-TDS). To improve the THz spectral quality, the wavelet threshold de-noising (WTD) method was used to remove spectral noise and the spectral baseline correction (SBC) method was used to remove baseline drift. Specific absorption peaks were observed in the processed THz spectra of the three pesticides. Deltamethrin showed three peaks at 0.90, 1.49, and 2.32 THz. Fenvalerate had five peaks at 1.13, 1.43, 1.61, 1.98, and 2.58 THz. Beta cypermethrin had four peaks at 1.27, 1.84, 2.12, and 2.92 THz. The density functional theory (DFT) was used to characterize the molecular dynamics and formation mechanism of the absorption peaks. Results showed that there was a good matching effect between the THz experimental spectra and the DFT quantum calculation spectra. Based on the characterized fingerprint absorption peaks, the linear addition model was used to simulate the THz spectra of mixed pesticides. The simulated spectra of multicomponent pesticides were demonstrated to be in good agreement with those obtained by THz-TDS. By analyzing the absorption peaks of THz spectra, the composition and concentration of multicomponent pesticides could be determined. The proposed strategy presented an analytical methodology for studying the THz spectral characteristics of pesticides. In addition, this work provided experimental and theoretical basis for the detection potential of pesticides in agricultural products based on THz technology.     

不等光程法太赫兹波段材料光学参数的精确测量

近20年,太赫兹科学技术发展迅速,太赫兹波与物质之间的相互作用成为研究热点。理论推导并实验验证了一种提高太赫兹波段材料折射率、吸收系数等参数测量精度的方法。以两种厚度的高密度聚乙烯板（3.5 mm、5.0 mm）为样品,将不等光程测量法与常规太赫兹时域光谱测量方法进行比较,分别获得了0.5~2.5 THz频率范围的高密度聚乙烯的折射率和吸收系数,结果显示两种方法测量样品的折射率和吸收系数有较大的差异。常规法和不等光程法得到的折射率分别为1.505和1.483。常规法在1.465 THz附近出现一个峰值,而不等光程法得到的吸收系数在1.166 THz和2.431 THz出现特征吸收峰。证明不等光程法能更加精确提取材料光学参数,并可以揭示常规方法无法测得的材料特征吸收峰,为太赫兹波段精确测量材料光学参数提供了新的方法。     

Optical properties of selected Chinese Traditional Patent Medicines and Western Medicines terahertz range

The spectral characteristics of Sang Ju Gan Mao Granules, Gan Mao Jie Du Tablet, Fu Fang Jin Yin Hua Granules and Compound Paracetamol, and Amantadine Hydrochloride Tablets are studied by terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) technologies in the spectral range of 0.2—1.7 THz. The absorption spectra and the indexes of refraction are obtained. It can be seen that the three samples of Chinese Traditional Patent Medicines have almost the same absorption peaks at 1.44 THz. However, the absorption peaks of the three western medicine samples are at 0.73, 1.01, and 1.18 THz, respectively. The large spectral differences between different drugs are strong evidences that THz time-domain spectroscopy is a useful fingerprint technique in the study of pharmaceutical compounds and the crack down on the fake medicines.     

丁基羟基茴香醚的太赫兹时域光谱检测与分析

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对食品添加剂丁基羟基茴香醚（BHA）及其与聚乙烯不同配比的混合物进行了检测,获得了其在0.2-2.6THz波段的吸收谱和折射率谱。实验结果表明,在此波段内该物质有三个明显的吸收峰,分别位于0.64THz,1.14THz和1.81THz,该指纹谱可用于THz波段该物质的检测与识别。此外,利用最小二乘法对混合物太赫兹光谱峰位的吸收系数和质量分数进行线性拟合,结果表明聚乙烯中丁基羟基茴香醚的含量与太赫兹光谱的相关系数大于0.98。最后,用密度泛函理论对单分子丁基羟基茴香醚进行了数值计算,表明太赫兹指纹谱与分子构型和分子内部运动有关系。     

Experimental and Theoretical Study on Terahertz Absorption Characteristics and Spectral De-noising of Three Plant Growth Regulators

Accurate identification of terahertz (THz) absorption peaks of biological macromolecules is of great significance in practical applications. In this work, the experimental and theoretical fundamentals of detecting three plant growth regulators (PGRs), including 6-Benzylaminopurine (6-BA), paclobutrazol (PBZ), and maleic hydrazide (MH) were investigated by using THz time-domain spectroscopy (THz-TDS). THz absorption coefficient and refractive index in frequencies of 0.06–4 THz were obtained. The wavelet threshold de-noising (WTD) method was used to remove spectral noise and improve the signal-to-noise ratio (SNR). The density functional theory (DFT) was applied to the molecular characterization and theoretical calculation of PGRs. Experimental results showed that the three PGRs had unique characteristic absorption peaks. Based on the sym4 wavelet function and four-layer wavelet decomposition, the de-noising performance of hard threshold WTD was better than that of soft threshold WTD. The spectra processed by hard threshold de-noising achieved higher peak SNR (6-BA: 40.22, PBZ: 37.73, MH: 34.83) and lower root mean square error (6-BA: 0.41, PBZ:0.40, MH:0.54). In addition, the characteristic absorption and anomalous dispersion of 6-BA were found at 2.08 and 3.00 THz, those of PBZ were shown at 0.71, 1.30, 1.88, and 2.67 THz, and those of MH were shown at 2.34 THz. The absorption peaks in THz spectra processed by hard threshold WTD were demonstrated to be in good agreement with the simulation results of DFT. These results show the effectiveness of WTD in THz spectral de-noising and the feasibility of using THz-TDS to detect PGRs.     

基于太赫兹时域光谱技术的磺胺甲噁唑多晶型现象

磺胺甲噁唑(SMX)作为典型的一类光谱抗生素,经常被用于敏感菌引起的各类感染。由于其晶体内部结构的不同,SMX 将以两种不同的多晶型形式存在。不同晶型常常具有不同的物理化学性质,这些差异可能会对药物的流动性、稳定性以及药效等有较大影响。新兴发展起来的太赫兹光谱技术对于分子间弱的相互作用及大分子的骨架振动、偶极子的旋转和振动跃迁以及晶体中晶格的低频振动吸收都非常敏感,在药物以及生物等领域获得了重要的应用。利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在室温下对两种不同多晶型SMX 类药物在0.2~1.5 THz 范围内进行了光谱测量,得到对应的吸收谱,发现其在太赫兹波段都有明显的特征吸收峰,可作为其指纹谱用于该类药物多晶型的识别。不同温度下(95~296 K)获得太赫兹时域波形以及对应的频域吸收谱图,结果发现时域波形以及频域吸收谱均与温度呈现规律变化。该研究结果表明THz-TDS 技术药物与生物领域研究、区分药物分子多晶型现象等方面具有重要的应用。     

基于太赫兹时域光谱技术的农药残留检测方法

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是近年来涌现出来的崭新的光谱测量新技术.本研究提出了一种基于THz-TDS技术农药残留检测方法,并以灭多威和乙氧氟草醚两种农药作为实验介质证明此方法的可行性.应用太赫兹时域光谱系统测得了这两种农药的时域光谱信号,利用基于菲涅尔公式的数据处理模型得到了它们在THz波段的折射率谱和吸收系数谱.从实验结果可以看出两种农药在0.2~2.0THz范围内存在明显的特征吸收峰,且差别很大.经分析认为这些吸收峰是由分子的集体振动模式以及分子间相互作用引起,它们是农药分子的指纹吸收光谱,可以应用于分子识别中.本研究证明了THz-TDS技术应用于农药残留检测的可行性,表明其在农药残留检测中具有潜在的应用价值.     

不同厂家镇静类药的THz光谱研究

太赫兹(THz)技术的兴起为毒品和药品检查工作提供了一种全新的检测手段。通过测量和比较不同厂家的镇静类药及其 有效成分的THz吸收谱获得了有用的THz 吸收谱特征信息,并对其进行了分析与讨论。这对药品质量鉴定等工作具有重要的实际意义。