间二甲苯分子在不同外电场下结构和解离特性研究

间二甲苯是挥发性有机物(VOCs, Volatile Organic Compounds)的关键活性成分,研究其在外电场下的性质十分重要.采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-311G++基组水平上对间二甲苯分子进行优化,从分子结构研究了不同外电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)作用下,间二甲苯分子的总能量,键长,电偶极矩,前线轨道,红外光谱和解离势能面.计算结果表明,沿两甲基中C原子连线方向的电场(-0.025 a.u.～0.025 a.u.)增加时,分子总能量和能隙先增大后减小,电偶极矩先减小后增加.通过计算发现外电场对间二甲苯分子不同键长和不同振动模式的红外光谱的影响均有所不同.间二甲苯分子的解离特性表现为:沿两甲基中C原子连线方向施加强度超过0.047 a. u.的电场时,位于电场增加方向的甲基与苯环之间起连接作用的C-C键断裂.以上计算结果可为利用电场降解间二甲苯提供重要理论参考.     

利用激光诱导击穿光谱原位在线检测褐煤及煤烟

褐煤是我国现阶段的主要用煤,但因为其较低的煤化程度,使用时会产生污染环境的二氧化碳和黑灰,而且烟尘中含有的金属离子会危害人体健康,所以开展对褐煤烟尘的研究非常有意义。而激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有快速、多元素同时分析的特点,适合用于煤烟的原位在线探测。实验制备了含铅浓度不同的三种褐煤样本(O, H, L),其中O为原始无铅样本,利用LIBS对褐煤及煤烟进行原位在线探测。实验仪器主要由激光器,反射镜,聚焦透镜,触发装置,载物平台和分析系统组成。用高纯度铅块校准实验中的的波长漂移。分析了褐煤样本O, H, L的元素成分。发现褐煤O中含有C, Si, Fe, Mg, Al, Ca, Sr, Na等元素,同时检测到空气中的元素N,O,H_α和H_β等,且含铅褐煤光谱中多出了8条铅元素的谱线,最后给出了褐煤中主要元素的光谱鉴别表。然后使用447 nm的连续光点燃褐煤,将1 064 nm的脉冲光聚焦在煤烟上,对褐煤煤烟进行了原位在线检测。发现煤烟中含有Mg, Ca, Al, Sr, Pb等金属离子,说明了褐煤中的一些金属离子会随着煤烟排放到空气中并危害人体健康。经褐煤及煤烟的光谱比较,发现煤烟的信噪比更差,且所有元素的谱线强度都比在褐煤中弱很多,另外发现在烟尘中碳原子谱线的相对强度是所有元素中最高的（无明火）,这说明LIBS可以有效探测CO₂。分析了实验中的CN分子谱,给出了CN分子的具体波长,并利用LIFBASE软件拟合了CN分子的转动温度和振动温度,分别为6 780和7 520 K。最后对样本H和L两种煤烟中的铅浓度进行分析,选取参考线(Ca Ⅱ 363.846 nm)归一化之后比较了铅元素在363.956, 368.346和405.780 nm处的相对强度,发现这三条特征谱线的相对强度与自身实际所含的铅浓度呈很好的线性关系,验证了LIBS技术应用于煤烟中重金属元素半定量分析的可行性。     

外电场作用下BrCl分子的物理特性与光谱

采用HF （Hartree-Fock）方法，在6-31+G（d，p）基组水平上优化不同外电场（0~0.035 a.u.）下氯化溴分子的基态稳定构型，在此基础上计算氯化溴分子的分子结构、偶极矩、分子总能量、分子键长、分子电荷分布、分子能隙、红外光谱及解离势能面等.结果表明：随着Z轴（平行于Br-Cl连线）方向外电场的增加（0~0.035 a.u.），分子总能量先小幅度增加后又降低，键长先减小后增大，分子偶极矩先减小后单调增加，原子电荷分布递增，分子能隙逐渐减小，分子红外光谱先蓝移后红移.通过对解离势能面的计算分析发现，强度为0.045 a.u.的外电场使得Br-Cl键断裂而降解，该结果对氯化溴进行电场降解提供参考依据.     

利用速度成像技术研究碘乙烷多光子电离解离动力学

卤代烷烃会破坏臭氧层，而碘乙烷（C₂H₅I）是卤代烷烃中重要代表物质之一.采用离子速度成像技术、飞秒激光技术和飞行时间质谱技术，探究了C₂H₅I的多光子电离解离动力学.通过分析C₂H₅I在强场作用下多光子电离解离得到的解离通道、碎片的动能、角度分布和各向异性参数等信息来研究碘乙烷离子（C₂H₅I⁺）C–I键裂解机理.根据飞行时间质谱实验，C₂H₅I在飞秒激光脉冲作用下发生多光子电离解离得到的碎片有C₂H₅⁺，I⁺，CH₂I⁺，C₂H₂⁺，C₂H₃⁺，C₂H₄⁺等.与C–I键相关的碎片为C₂H₅⁺和I⁺，解离机制分别对应于C₂H₅I⁺→C₂H₅⁺+I和C₂H₅I⁺→C₂H₅+I⁺.同时，采用离子速度成像技术研究C₂H₅I⁺的C–I键裂解产生的C₂H₅⁺和I⁺的速度影像，得出两者的速度分布和动能分布，分析结果表明C–I键裂解产生C₂H₅⁺和I⁺的过程都存在高能通道和低能通道.进一步分析解离碎片离子的角度分布发现C₂H₅⁺解离时各向异性参数接近于0，可能对应于慢速的振动预解离过程.I⁺在解离时各向异性参数较高，可能源于排斥势能面上的快速解离过程.最后采用密度泛函理论计算了C₂H₅I分子电离前后构型变化、离子态的能级强度及谐振强度，对C₂H₅I⁺的解离机制做了更进一步的分析和讨论.     

激光诱导击穿光谱对四种香的快速检测

激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy)作为一种极具前景的分析和测量技术应用日益广泛。对四种香(艾草香、藏香、檀香、沉香)样品进行了激光等离子体光谱测量和分析, 得到了样品中元素的成分；并且对四种香样品中的Cu，Mn，Ca和Fe四种金属元素典型谱线的强度进行了统计分析和元素含量的对比。基于等离子体的局域热动力学的平衡模型, 计算了Ca元素的等离子体温度。实验结果为采用激光诱导击穿光谱对香品成分进行快速检测和分析的可行性提供了依据。     

Molecular Spectra and Dissociation Dynamics of Oxalyl Chloride: Effect of External Electrical Fields

Oxalyl chloride is a highly toxic and caustic substance, which widely exists in human production and life as a kind of volatile organic compound. Based on the density functional theory B3 LYP at 6-311++G(d, p) level, the influences of external electric field on the bond length, bond energy, dipole moment and dissociation mechanism are optimized. The results indicate that the C_1–Cl_3 bond length increases while the C_4–Cl_6 bond decreases. At the same time, the carbon-carbon bond length gradually increases with the increase of electric field. The total energy decreases while the dipole moment gradually increases with the increase of electric field. In the infrared spectra, the vibration frequency of the carbon-chlorine(C_4–Cl_6) bond decreases while the vibration frequency of the carbon-oxygen bond increases. In the ultraviolet-visible spectra, the wavelength of the strongest absorption peak increases as the external electric field increases and shows an observable red shift phenomenon. Additionally, single point energies of oxalyl chloride along the carbon-carbon bond are scanned with the equation-of-motion coupled cluster method restricted to single and double excitations(EOM-CCSD) method and the potential energy curves under different external electric fields are obtained. The dissociation barrier in potential energy curve decreases because of the breakage of carbon-carbon bond with the increase of external electric field. These results provide reference for further researches on the properties of oxalyl chloride and offer a theoretical basis for the study of oxalyl chloride degradation.     

离子速度成像方法研究碘代正戊烷的紫外光解动力学

利用离子速度成像方法对n-C5H11I分子在266和277 nm下的光解动力学进行了研究. 实验分析了I*(5p 2P1/2)和I(5p 2P3/2)的离子影像, 得到其相应速度、角度分布和相对量子产率, 并根据相对量子产率和角度分布计算了不同解离通道的比例. 实验发现n-C5H11I的3Q0和1Q1态之间存在较强的耦合效应, 并且随着波长的减小, 这种非绝热耦合作用有递增的趋势. 由离子影像(I*和I)的角度分布结果发现, 在同一解离激光波长下I*的各向异性参数β值比I的β值小, 其中I*主要由3Q0直接解离产生, 而I绝大多数是由分子先跃迁到3Q0再经过3Q0→1Q1的非绝热耦合产生.     

氟利昂F113分子在飞秒激光作用下的多光子电离解离动力学

大气臭氧层因吸收太阳紫外光, 是人类必不可少的保护伞. 氟利昂在太阳光辐射下解离生成破坏臭氧的游离态氯原子, 是破坏大气臭氧层的主要元凶之一. 本文利用飞行时间质谱技术和离子速度成像技术研究了氟利昂F113(三氟三氯乙烷)分子在800 nm 飞秒光作用下的多光子电离解离动力学. 利用飞行时间质谱探测技术, 得到了三氟三氯乙烷在该波长飞秒激光作用下发生多光子电离解离产生的碎片质谱. 通过荷质比对碎片质谱进行了详细的标定和分析. 在质谱上未发现母体离子, 所有观察到的离子都是由于激光脉冲作用下产生的碎片. 三个最主要的碎片离子是CFCl₂⁺, CF₂Cl⁺, C₂F₃Cl₂⁺. 通过飞行时间质谱标定, 发现并归属了多个解离通道. 三个主要的解离机理分别为: 1) C-Cl键断裂直接生产氯自由基的通道C₂F₃Cl₃⁺→C₂F₃Cl₂⁺+Cl; 2) C--C键断裂C₂F₃Cl₃⁺→CFCl₂⁺+CF₂Cl; 3) C--C键断裂C₂F₃Cl₃⁺→CF₂Cl⁺+CFCl₂. 利用离子速度成像技术对这三个主要通道产生的碎片离子进行成像, 得到了C₂F₃Cl₂⁺, CFCl₂⁺和CF₂Cl⁺离子的速度影像. 由C--Cl键断裂产生的碎片离子C₂F₃Cl₂^{+}的速度分布由两个高斯分布曲线拟合, 而由C--C键断裂产生的碎片离子CFCl₂⁺和CF₂Cl⁺可以用一个高斯曲线拟合. 通过影像分析得到了解离碎片的平动能分布和角向分布各向异性参数等详尽的动力学信息. 结合高精度密度泛函理论计算对解离动力学进行了进一步的分析和讨论.深入认识氟利昂的解离动力学可为进一步控制破坏臭氧层提供理论参考和实验依据.     

激光诱导击穿光谱技术快速探测煤灰中的重金属锌（英文）

煤灰的成分指的是煤中矿物质的完全燃烧,产生各种金属和非金属氧化物和盐,这是使用煤时的重要参数。煤被广泛用于生产和人民生活,作为重要的能源物质。大量来自燃煤燃烧的煤尘(煤灰)被释放到大气中并与大气中的各种物质相互作用而形成雾霾。煤灰中的金属氧化物和空气中的小液滴之间发生一系列物理化学反应,这导致了雾霾的形成。在实验中,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析煤灰中的元素。实验样品由某钢铁公司提供,分为七个样品,并标上序号。样品分别加入蒸馏水和0.1‰, 0.2‰, 0.2%, 0.4%, 0.8%, 1%硫酸锌溶液,分别用1～7号标记。为了获得更好的LIBS信号,样品被研磨为粉末状,并使用蒸馏水使硫酸锌与煤灰充分混合。通过使用压片机将煤灰压制成10 mm直径和10 mm厚的煤灰块。为获得准确的元素结果, X射线荧光光谱也被用作参考,并且原始样品不含锌元素。由于光谱分析和波长漂移现象的不确定性,因此实验中,分别选择了铁,钙,钛和铝四种高纯单质。在相同的实验条件下,将四条测量的元素谱线与NIST原子光谱数据库中相应的谱图比较。实验中的所有光谱根据波长差或偏移进行校正。此时,纯单质的元素谱线可以与样品的光谱对齐。当元素谱中的特征线与样品中的谱线对齐时,样品就可以被识别和确认。由于铝元素与目标元素具有相似的化学和物理性质,铝元素是煤灰和地壳中的主要元素之一,具有中等的光谱强度。因此将铝元素作为内标元素,运用内标校准方法来确定样品中锌的浓度。模拟含锌大气气溶胶是通过向煤灰中添加含锌元素来实现的。还有一些其他的金属元素,包括铁,钙,锰,钛和铝也被用来加入煤灰中,用以模拟大气气溶胶。两种方法的相对差异分别为1.78%, 3.39%, 5.17%, 0.20%。造成差异的原因可能是由于光谱仪缺乏分辨率或背景噪声的影响,这是可能导致测量误差的原因之一。由于实验室条件的限制,无法确定基底是否会影响实验结果,这将在未来的实验中得到进一步的证实。实验拟合曲线测得煤灰中锌的线性相关系数为0.995 72,这表明可以通过粗略估算锌的激光强度来估计煤灰中的锌含量的实现。实验结果证明LIBS技术可用于煤灰中金属元素的快速检测,为基于锌含量的大气环境检测提供了一种新方法。在建立元素的校准曲线后, LIBS技术将来可以用来进行更快速,更准确的定量分析。     

不同外电场下对二甲苯结构和光谱特性研究

本文采用密度泛函B3LYP方法在6-311G++(d,p)基组上优化了不同外电场下(-0.025~0.025 a.u)的对二甲苯分子,得到了不同外电场下的键长,能量,电偶极矩和前线轨道等构型参数,并分析了上述参数随外电场的变化情况.之后在优化后基态的基础上,采用TDDFT/B3LYP/6-311++G(d,p)方法得出了不同外电场下(0~0.02 a.u.)对二甲苯分子的紫外可见吸收光谱,并探讨了外电场变化对对二甲苯分子前9个激发态的激发能,波长和振子强度的影响规律.这些计算结果为利用强电场降解有毒物质对二甲苯提供理论依据.