超快多维红外光谱学:分子结构的时空分辨

利用时间分辨的超快二维红外(2DIR)光谱、稳态一维红外光谱等手段,本文探讨了从溶液中的小分子体系到生物大分子体系的超快振动特性及所反映的分子结构动力学过程。研究了五羰基溴化锰在四氯化碳中的时间分辨2DIR光谱,发现了分子对称性增强的13 CO配体的红外吸收信号,并利用2DIR对角峰和非对角峰表征了其与12 CO配体振动态的相互作用和分子内能量传递过程;实现了钌羰基配合物在光敏黄色蛋白突变体M100A上的定点标记,并研究了该外源标记物的羰基配体的结构动力学,发现了探针分子的振动光谱指纹对其所处的空间位置的敏感性,还发现该探针分子的振动扩散过程对水相中的蛋白质结构涨落具有灵敏性。     

二氰胺根分子内费米振动耦合能量转移的超快二维红外光谱

二氰胺根离子(N(CN)-2,DCA)的C≡N对称及反对称伸缩振动(νas,C≡N和νss,C≡N)和N—C伸缩振动的和频峰(νas,N—C+νss,N—C)之间由于费米共振作用存在振动耦合。本文研究了二氰胺钠在DMSO溶液中的超快二维红外(2DIR)光谱和超快红外泵浦探测(IR PP)光谱。结合该体系的傅里叶变换红外(FTIR)光谱实验结果,对二氰胺根离子体系中的分子内振动能量转移过程进行了分析。     

N-乙基丙酰胺在高浓度盐溶液中的超快二维红外光谱

β-多肽是由β-氨基酸组成的一类非天然多肽,具有丰富的二级结构。N-乙基丙酰胺(NEPA)是研究β-多肽骨架结构动力学的重要模型分子。解析NEPA在不同溶液环境下的超快结构变化,对研究β-多肽在不同条件下的结构分布及动态结构变化过程有着重要意义。我们选取酰胺-Ⅰ带为探针,利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱和超快二维红外(2DIR)光谱手段,研究了NEPA分别与高浓度(4.5mol·L~(-1))下的CaCl_2和MgCl_2之间的作用机制。本研究旨在阐明离子与NEPA酰胺单元的相互作用,为解释β-多肽在复杂溶液环境中的结构动力学提供实验依据。     

固体的光散射讲座第二讲 分子振动及其喇曼光谱

分子的振动能量是量子化的,这些不连续的能量可用对应的一组振动量子数表示.当光和分子相互作用时,分子从一个振动量子态跃迁到另一个量子态所产生的光谱(喇曼谱和红外谱),我们称它为分子振动光谱.喇曼谱与红外谱,都是用来研究分子振动、分子碰撞所导致的能级跃迁、分子与光子以及其他粒子之间的相互作用等物理过程,从而提供对分子或固体的某些信息并推断分子或固体的空间构型及其对称性.喇曼光谱术已成为分析分子振动和晶格振动的重要实验手段.振动喇曼谱的理论是分子光谱学的一个重要方面. 激光出现以后,大大推动了喇曼光谱实验和理论研究…     

傅里叶变换红外光谱应用于乳腺癌临床诊断的探索

应用了ATR探头测定了10例正常乳腺组织块和8例乳腺癌组织块的傅里叶变换红外(FTIR)光谱,用统计学的方法详细比较了乳腺癌组织与正常乳腺组织的13条谱带的19个红外光谱指标的差异。结果表明：乳腺癌组织的红外光谱中与蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸相关的谱带同正常乳腺组织之间存在明显的差异：(1)N—H的相对强度明显增高,蛋白质酰胺Ⅰ带显著红移。(2)—CH₂基团的对称伸缩振动和反对称伸缩振动以及CO的伸缩振动明显减少;(—CH₂)_n变角振动的相对强度降低。(3)1 160 cm-1谱带与1 120 cm-1谱带的相对强度明显降低。(4)1 080 cm-1谱带红移。这些差异是应用红外光谱诊断乳腺癌的基础。FTIR光谱在乳腺癌的临床诊断和治疗方面有着十分美好的前景。     

可逆光异构化双分子层及结构转变的振动光谱

通过吸收,荧光,FT红外,示差扫描量热和X光研究了双链二苯乙烯两亲分子的聚集和光异构化,获得了固态和两个溶液相的双分子层厚度,振动光谱显示在反式二苯乙烯双层的固态和溶液相中存在反式排列的氢键,而在用365nm光照后的溶液相中氢键主要是顺式排列的。亚甲基链伸缩振动则表明烷基链非常有序的排列。     

温度对LiCl/(DMSO-H_2O)溶液影响的2D-IR研究

对溶液的研究,尤其是金属离子在双溶剂溶液中的研究是化学化工和环境科学等领域的重要环节。传统的溶液分析方法主要是利用一维红外光谱或拉曼光谱等进行分析,但其分辨率低,误差较大,谱峰重叠严重,难以对复杂的体系进行研究。采用二维红外光谱和密度泛函理论相结合的方法,以实现对溶液内团簇的准确分析。利用傅里叶变换红外光谱仪,温度为外扰条件,在4 000～400 cm~(-1)范围内分别对双溶剂DMSO-H_2O和Li~+/(DMSO-H_2O)溶液体系进行红外光谱实验。对所得数据进行归一化等处理,获得SO双键的一维红外光谱图,发现水的加入使DMSO的SO红外光谱发生了红移,且随着温度的升高SO红外振动强度逐渐增加, Li~+加入使得SO双键强度整体下降,其谱峰重叠严重,难以分析。利用二维红外光谱对溶液中团簇内分子SO双键的类型、动态变化、变化顺序以及锂离子对其的影响进行分析,获得其变化规律,解决了一维红外光谱存在的问题。结合密度泛函理论计算对团簇结构进行优化和分析,证明二维红外光谱分析结果的正确性和可行性,实现理论计算与实验的相互印证,拓宽二维红外光谱与密度泛函理论的研究领域。实验以温度为扰动,针对DMSO-H_2O和Li~+/(DMSO-H_2O)溶液中团簇内分子SO双键的变化,运用二维红外光谱探讨溶液中微团簇变化规律。研究发现,温度扰动时,溶液的二维同步红外光谱中,在1 010, 1 045, 990和1 020 cm~(-1)附近有四个自动峰,说明溶液中团簇内存在甲基的振动, DMSO·H_2O、单体以及二聚体DMSO分子团簇的振动;二维异步红外光谱中,发现1 010 cm~(-1)的DMSO·H_2O较先变化,说明该团簇对温度扰动更加敏锐。结果表明,结合密度泛函理论计算和二维红外光谱分析能较好地了解溶液中团簇的存在形式及温度扰动对它们的影响与变化规律,实现了一维光谱中由于峰的重叠或变化不明显等对化学信号的提取。     

2-三苯基锗基乙基苯基酮、4-三氯锗基-4-甲基-2-戊酮及其类似物Raman及IR光谱

我们合成有机锗化合物的重要中间体 4-三氯锗基 - 4-甲基 - 2 -戊酮 ( A)、3-三氯锗基 -3,5,5-三甲基环己酮 ( B)、2 -三氯锗基 - 2 -苯基乙基苯基酮 ( C)、2 -三苯基锗基乙基苯基酮 ( D) ,测量了他们的 Raman和 IR光谱并进行了讨论。在化合物 A- D的 Raman和 IR光谱 ,苯环中的 C- H伸缩振动 ,饱和 C- H伸缩振动 ,饱和 Ge- C伸缩振动等特征数据基本一致。C=O伸缩振动在 Raman和 IR光谱中位置基本一致 ,但在红外光谱中均为强吸收带 ,而在 Raman光谱中的峰强度差别则非常大 ,化合物 A、D的峰非常弱 ,而 C的峰则很强 ,化合物 A- C的 Ge- Cl振动均在 390 cm- 1附近出现强峰。     

氯柱硼镁石在氯化镁水溶液中相转化平衡液相的红外光谱分析

采用差示FTIR光谱技术,研究了氯柱硼镁石在30℃下浓度为0.5,12和18％MgCl_2水溶液中溶解及相转化平衡饱和水溶液中硼氧配阴离子的FTIR光谱。给出了溶液中硼氧配阴离子的FTIR光谱振动频率的归属,515cm~(-1)为单和二硼氧配阴离子特征峰,630cm~(-1)为三硼氧配阴离子特征峰,550cm~(-1)为四硼氧配阴离子特征峰。对饱和水溶液中硼氧配阴离子的存在形式及其相互作用以及与相转化析出固相的关系进行了讨论。     

β-叠氮基丙氨酸二肽振动光谱研究

开展分子动力学模拟,探索了β-叠氮基丙氨酸二肽(β-azidoalanine dipeptide,AAD)在重水中的全原子运动轨迹。将溶剂所产生的静电作用与叠氮基在气/液相中振动频率的频移值相关联,拟合并建立叠氮基振动频率图,实现了溶液相中叠氮基振动频率的快速预测,从而借助叠氮基探针振动光谱实现对多肽分子动态结构的实时监测。     

六种双环磷酸醋ZP(OCH_2)_8CR的振动光谱与结构

本工作中分别在常温和低温(低于-170℃)测定了六种固态双环磷酸酯ZP(OCH_2)_3CR(Z=LP,O,S;R=CH_3,CH_2Br)的红外和拉曼光谱,并且还测定了它们在氯仿溶液中的红外光谱。对固态光谱的解释表明ZP(OCH_2)_3CR分子的对称性低于C_3,其他作者曾报道固态ZP(OCH_2)_3CCH_3的对称性为C_3v。通过比较常温与低温的光谱、固态与溶液的光谱,并对比开环化合物ZP(OCH_3)_2振动频率的已知归属,我们指认了六种化合物的振动频率。双环笼骨架的变形在638—695cm~(-1)产生强的红外和拉曼峰。     

CH2Cl2分子中CH的摇摆振动与伸缩和弯曲振动的耦合

用傅立叶变换光谱仪和光学长程装置,记录了CH_2Cl_2分子振动量子数v=1～4的红外吸收光谱(1200～12000 cm~(-1)),归属出CH的伸缩(v_1,v_6)振动和弯曲(v_2)振动和CH_2基团相对于CCl_2基团的摇摆振动(v_8)的泛频和合频能级共47个。考虑了摇摆振动与伸缩和弯曲振动的耦合,使用简正模模型对v_1,v_2,v_6和v_8这四种振动模式的泛频和合频能级进行了拟合,得到了非谐性常数和费米(Fermi)共振和达宁-丹尼生(Darling-Dennison)共振系数。结果表明,摇摆振动与伸缩振动之间的Fermi共振(k_(188)=-254.63 cm~(-1))大于弯曲振动与伸缩振动之间的Fermi共振(k_(122)=-54.87 cm~(-1))；伸缩振动之间的Darling-Dennison共振(k_(1166)=-215.28 cm~(-1))大于弯曲振动与摇摆振动之间的Darling-Dennison共振(k_(2288)=-5.72 cm~(-1))。用拟合得到的光谱参数计算出CH_2Cl_2分子的振动能级,与实验数据很好地符合。     

稀土水杨酸配合物的光谱性质

合成了一系列稀土水杨酸配合物.分别研究了配合物的红外光谱(IR)，紫外(UV)及荧光光谱(FS)性质.红外光谱研究表明,稀土和水杨酸主要通过羧基进行配位，而紫外光谱显示配合物中水杨酸和稀土离子之间的能量传递是主要过程;配合物的荧光性质研究发现水杨酸钆，水杨酸铽，水杨酸镝分子内能量传递效率高，具有很强的荧光性质.     

TBP-Pd(Ⅱ)-HCI萃取体系微乳的生成及溶液聚集态的谱学研究

采用动态激光光散射(DLS)、Fourier变换红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(31P-/1H NMR)等谱学技术,研究了TBP-Pd(Ⅱ)-HCI萃取有机相中微乳的形成以及溶液聚集态结构的变化.结果表明:(1)伴随钯的萃取,TBP萃取有机相中形成微乳.(2)萃取有机相中酸含量的变化导致溶液结构发生相应改变:胶团聚集体平均流体力学半径随有机相中酸含量的增加先增大而后又减小.微乳"内核水"的O-H伸缩振动吸收谱带逐渐宽化,与邻近的C-H伸缩振动区形成交迭,且有机相含酸量越高,交迭程度越大.水分子O-H-O弯曲变角振动吸收峰形也发生很大变化.TBP的P=O伸缩振动明显向低频移动.核磁共振31P化学位移与活泼氢1H化学位移变化行为相反,说明TBP分子与酸和水分子发生缔合,形成RP=0·H 或RP-O·H3O ,并与PdC2-4存在相互作用.(3)有机相形成微乳水团后,由于大量H 的进入,微乳水团中酸浓度表现出明显的"增浓效应".微乳水池内部微观环境的改变是导致钯萃取行为变化的主要原因.     

Vibrational Spectra and Adsorption of Trisiloxane Superspreading Surfactant at Air/Water Interface Studied with Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy

使用界面和频振动光谱(SFG-VS)测量了空气/水界面三甲基硅烷表面活性剂Silwet L-77的C-H伸缩振动光谱．这些光谱峰主要是在2905 cm-1附近属于-Si-CH3基团的对称伸缩(SS)振动,在2957 cm-1的主要是-Si-CH3基团反对称伸缩(AS)振动,以及明显较弱的在2880 cm-1附近的属于-O-CH2-基团的对称伸缩(SS)振动．通过比较低于和高于临界聚集或胶束浓度(CAC)的SFG-VS偏振光谱显示Silwet L-77分子的C-H基团取向在不同的界面密度下变化很小．SFG-VS测量的吸附等温线表明Silwet L-77分子在空气/水界面没有形成所谓的双层结构的迹象．Silwet L-77分子在空气/水界面的Gibbs吸附自由能为-42.2±0.8 kJ/mol,表明该分子具有很强的表面吸附能力．     

TBP-Pd（Ⅱ）-HCl萃取体系微乳的生成及溶液聚集态的谱学研究

采用动态激光光散射(DLS)、Fourier变换红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(31P-/1H NMR)等谱学技术,研究了TBP-Pd(Ⅱ)-HCl萃取有机相中微乳的形成以及溶液聚集态结构的变化。结果表明:(1)伴随钯的萃取,TBP萃取有机相中形成微乳。(2)萃取有机相中酸含量的变化导致溶液结构发生相应改变:胶团聚集体平均流体力学半径随有机相中酸含量的增加先增大而后又减小。微乳"内核水"的O—H伸缩振动吸收谱带逐渐宽化,与邻近的C—H伸缩振动区形成交迭,且有机相含酸量越高,交迭程度越大。水分子O—H—O弯曲变角振动吸收峰形也发生很大变化。TBP的PO伸缩振动明显向低频移动。核磁共振31P化学位移与活泼氢1H化学位移变化行为相反,说明TBP分子与酸和水分子发生缔合,形成RP=O.H 或RP=O.H3O ,并与PdCl42-存在相互作用。(3)有机相形成微乳水团后,由于大量H 的进入,微乳水团中酸浓度表现出明显的"增浓效应"。微乳水池内部微观环境的改变是导致钯萃取行为变化的主要原因。     

β-三氯锗基丙酸类化合物的拉曼光谱和红外光谱

我们合成了β-三氯锗基丙酸及其类似物并测量了该化合物的拉曼光谱和红外光谱 ,经光谱分析 ,指认了主要波数所对应的分子振动。在 A、B、C、D四种化合物的拉曼光谱中 ,Ge- Cl的振动分别出现在 397cm- 1( vs)、40 0 cm- 1( vs)、394cm- 1( vs)、385cm- 1( vs)中 ,而在红外光谱中却无法证明 Ge- Cl键的存在 ,Ge- C键的振动在 Raman光谱中分别在 594cm- 1( w)、62 6cm- 1( w)、634cm- 1( w)、641 cm- 1( w)。在红外光谱中 ,各种极性基团的振动表现的更明显 ,分别出现了 O- H、CH2 、C- O和 C=O的振动峰。     

食管癌患者指甲的红外光谱研究

利用傅里叶红外光谱对正常人,食管癌患者,食管癌术后5个月者的指甲进行了研究。发现他们指甲的红外光谱在频率,强度,峰形等方面均有差异。主要表现在:食管癌患者νs(PO2-)和νas(PO2-)的振动峰均向高波数偏移,术后者回落;癌患者蛋白质C—O基团峰强度增强,术后者峰强度有所减弱,但仍比正常人强;癌患者角蛋白脂质CH2和CH3伸缩振动峰波数有所下降。术后者介于癌患者与正常人之间;食管癌患者角蛋白脂质CH2和CH3弯曲振动峰稍向高波数偏移,术后者恢复至正常人水平;癌患者酰氨Ⅰ带和Ⅱ带都向低波数偏移,术后者介于两者之间。这些差异是应用红外光谱诊断食管癌的基础,表明FTIR光谱在食管癌的早期诊断和快速诊断方面有着十分美好的前景。     

溶液相靛蓝分子结构动力学研究

靛蓝是从木蓝植物中提取出来的常用有机染料,广泛应用于染色工艺以及绘画。靛蓝最迷人之处不是其明亮的蓝色而是其极好的光稳定性。本工作利用稳态红外光谱测量和量子化学计算,研究了靛蓝分子在DMSO溶液相中的多种结构,发现在中等浓度下靛蓝可以单体,二聚体等寡聚体共同存在。进一步以NH的伸缩振动为探针,利用时间分辨的可见泵浦-红外探测光谱手段,结合含时密度泛函理论计算,我们研究了靛蓝分子在激发态时的振动特征及其结构动力学。实验和计算结果有助于理解靛蓝分子光稳定性的分子机制。     

应用二维偏振红外与拉曼相关光谱研究反铁电液晶的分子结构

应用偏振红外、拉曼光谱研究了一种反铁电液晶化合物在78℃时,SCA 相中的烷基链、刚性核部分的构象、分子排布。用二维相关技术对所得到的偏振红外、拉曼光谱进行分析,把与手性碳相连的甲基的反对称及对称伸缩振动谱带同烷基链中的甲基伸缩振动谱带区分开,并发现在反铁电相中同时存在s-cis和s-trans两种构象。