基于苯溶剂化效应的多种邻苯二甲酸酯(PAEs)拉曼特征振动光谱辨识

利用密度泛函与自洽反应场理论在B3LYP/6-311G(d)水平下对16种邻苯二甲酸酯(PAEs)进行结构优化,并计算气态环境及溶剂中PAEs的拉曼光谱振动频率和去偏振度。研究显示,16种PAEs拉曼振动归属为苯环变形、酯基振动、C—C伸缩、C—H摇摆、C—H伸缩与耦合振动。其中酯基官能团出峰位置在1 700~1 780cm-1之间,拉曼峰较强,去偏振度较低(振动的对称性较强),可将酯基振动作为特征振动;但气态环境下仅12种PAEs拉曼峰之间的最小波数差大于显微拉曼光谱仪的检出限(0.2 cm-1),即利用酯基频区的去偏振度和拉曼峰不能完全辨识16种PAEs。溶剂化效应分析显示,溶剂苯对16种PAEs具有明显的溶剂化增强效应,16种PAEs拉曼峰之间最小波数差均增大到0.2 cm-1以上,且峰强增加了23%~183%,说明溶剂化效应下可利用酯基频区的去偏振度和拉曼峰辨识16种PAEs。本文的研究结果为PAEs拉曼光谱检测提供了理论依据。     

乙炔分子振动光谱的相互作用模式计算

应用量子自陷理论，发展了分子振动光变的相互作用模式方法，对Ｃ２Ｈ２与Ｃ２Ｄ２分子振动光谱进行了计算。计算结果与观测值很符合。     

基于药效团模型设计的PAEs分子拉曼特征振动光谱衍生增强研究

对17个PAEs训练集分子、五个PAEs测试集分子,应用Discovery Studio软件构建PAEs分子拉曼特征振动光谱的3D QSAR 药效团模型,并对PAEs分子(以环境优先控制污染物DMP,DBP和DNOP为例)进行9种常见的疏水基团取代反应,同时利用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)计算气态环境中取代前后PAEs的拉曼特征振动光谱,筛选PAEs拉曼特征振动光谱显著增强的衍生物。研究结果表明：药效团模型(Hypo1)具有最大的相关系数(R2)0.83、最小的均方根值(RMS)0.182和总消耗值(total cost)71.865,且Configuration值为12.68(<17),说明所构建模型具有显著性及较好的预测能力;获得基于Hypo 1药效团模型设计的PAEs分子衍生物23个：DMP(9), DBP(9)和DNOP(5),上述衍生物分子正频计算值均大于0,说明所设计的PAEs分子衍生物结构稳定,其中DMP-CH₂CH₃,DBP-Cl,DNOP-C₆H₅的拉曼特征振动光谱峰强较DMP,DBP和DNOP分别增大了6.25倍、2.05倍、1.56倍,说明PAEs分子衍生化对其拉曼特征振动光谱峰强具有显著增强作用。此外,利用密度泛函理论在相同的基组水平下计算了PAEs分子衍生物的取代反应能垒(以DNOP为例),取代反应的难易程度：-CH₂CH₂CH₃>-C₆H₅>-NO₂>-SH>-Cl,可作为筛选PAEs分子衍生化拉曼光谱增强反应的依据,并为建立增强PAEs分子拉曼光谱的检测技术提供理论支撑。     

基于Top-Hat变换的高光谱吸收特征增强方法

对地物高光谱进行特征分析是高光谱影像用于目标识别和地物分类的基础.基于数学形态学的Top-Hat变换提出了一种光谱吸收峰增强算法.该方法在增强吸收峰的同时还保持了吸收谱带的波形特征.从美国地质调查局USGS光谱数据库选取的11条不同矿物的反射光谱曲线,对其吸收峰增强曲线和原始光谱曲线进行了K-means聚类分析.结果表明:吸收峰增强曲线的聚类结果在波形上和地质背景上都优于原始光谱曲线;且将吸收峰增强曲线的聚类的结果用矿物光谱的ASTER影像采样光谱曲线显示时,能总结出各组矿物的ASTER光谱典型特征.说明吸收峰增强曲线很好地增强了矿物光谱的吸收特征,提高了高光谱的可分性,同时还能为基于多光谱数据的遥感信息提取提供参考,是十分有用的高光谱分析方法.     

两种硝基苯甲酰胍化合物的振动光谱研究

酰胍基化合物具有抗菌活性高、毒性和副作用小的特点,广泛用于药物和药物中间体的合成。文章采用简单的方法合成了两种硝基苯甲酰胍类化合物,并对其振动频率进行了量化计算,运用Gaussian 98化学软件对其振动光谱进行了归属。结果表明：理论计算结果与实验结果相吻合,计算结果对实验数据的归属具有指导意义。     

基于溴取代基的多溴联苯醚同系物红外光谱特征振动辨识研究

借助密度泛函理论采用B3LYP/6-31G(d)方法对209种多溴联苯醚(PBDEs)同系物进行了结构优化和频率计算,利用已知的PBDEs结构和频率参数值对计算结果进行验证,平均模拟系数为0.989。 在此基础上,选取苯环上只有H原子或Br取代基且红外光谱各振动形式间干扰较少的二苯醚和BDE-209为代表,分别对PBDEs的苯环振动和C—Br振动进行归属。研究发现苯环三角呼吸振动具有普遍性、 强振动性和可区分性,而红外光谱中C—Br振动常与其他振动形式相耦合不易区分,故选取苯环三角呼吸振动作为PBDEs同系物的特征振动,以分析其振动频率与溴取代基之间的规律。 研究结果表明：邻对位取代基可显著提高苯环三角呼吸振动频率,间位取代基作用相反;低溴代物中邻位取代基越多特征振动频率越高,而高溴代物中同时存在邻对位取代基的同系物频率较高;取代类型相同时,位于同一苯环取代基数越多的同系物振动频率较高。 利用SVM回归模型对溴取代基与苯环三角呼吸振动频率间变化规律进行模拟,所建模型的模拟效率系数为0.956,说明所建分析方法可为红外光谱检测和辨别PBDEs同系物提供一定的理论基础。     

液芯光纤方法研究溶剂对分子拉曼光谱强度的影响

液芯光纤可以大幅度提高拉曼光谱强度. 本文用液芯光纤方法测量了CCl4 在CS2 和C6H5Br中不同浓度下459 cm-1,314 cm-1和218 cm-1的拉曼光谱强度,验证了一些溶剂使某些分子拉曼光谱增强的溶剂效应.     

γ-丁内酯溶剂效应的红外光谱

在19种不同有机溶剂中测定γ-丁内酯的红外光谱,研究溶质-溶剂间相互作用,并进行了溶质的羰基伸缩振动频率位移与溶剂参数相关性分析。结果表明,在所考察的溶剂(除正己烷和环己烷外)中,γ-丁内酯与溶剂间形成非键缔合物。缔合物的羰基伸缩振动频率(带)和游离γ-丁内酯的羰基伸缩振动频率(带)位移与溶剂参数AN、S值、ET(30)值、G值、Swain参数Aj和Bj以及LSER间具有较好的线性相关性。溶剂与γ-丁内酯相互作用中,溶剂的接受电子对的能力和极性起着重要作用。这意味着溶剂与γ-丁内酯形成非键缔合物时的主要作用力是氢键作用和偶极-偶极作用。     

碳炔分子红外振动光谱的理论模拟研究

碳炔分子具有不同的结构，相应的红外谱图具有不同的振动吸收峰位。本文以GAUSSIAN98计算程序在HF水平选用6—31 G(d，p)基组对两种不同结构碳炔的红外光谱进行理论模拟计算。结果表明两种不同结构的碳炔分子的红外振动吸收峰位存在差异，不同共轭碳链长度影响红外吸收峰的峰位和峰强度。计算结果可应用于碳炔材料红外谱图的谱峰归属和分析。     

质子化水团簇对乙炔溶剂化作用的结构与红外光谱

利用团簇模型研究了质子化水团簇对乙炔的溶剂化作用. H⁺(C₂H₂)(H₂O)_n (n=1~5)的量子化学计算结果表明,水分子倾向与乙炔的π电子形成新型OH…π氢键作用,并且乙炔的第一溶剂层需要4个水分子来完成. 模拟的红外光谱揭示了OH…π氢键作用后的OH伸缩振动是研究乙炔与水溶剂化过程的灵敏探针. 这些红外光谱可以用红外光解离光谱实验方法测得,将为理解OH…π氢键作用以及质子化水团簇如何溶剂化乙炔提供有力的科学数据.     

基于红外光谱分区的多溴联苯醚辨识及生物毒性特征光谱信息提取研究

选取环境中含量最多的9种多溴联苯醚(PBDEs)及已知具有高/中等生物毒性的14种PBDEs作为目标辨识物,首先基于振动归属将上述PBDEs红外光谱分为6个谱区,利用相似度分析评价各谱区对23种同系物的辨识能力并筛选易于辨识的红外谱区,其次根据各谱区特征建立辨识方法并进行方法评价,最终通过主成分分析及判别分析法在所研究谱区提取影响高/中等生物毒性PBDEs的红外特征信息并建立生物毒性判别模型。研究结果表明,位于961～1 153 cm-1的三角呼吸振动谱区和1 153～1 346 cm-1的C—O伸缩振动谱区对所选PBDEs间光谱相似度最小,可利用三角呼吸振动谱区内吸收峰的数量分布特征(辨识最小频差为3.19 cm-1,但不易与多氯联苯醚等结构相似物质间的区分)及C—O伸缩振动谱区的主峰分布及波形特征(辨识最小频差为0.74 cm-1,与多氯联苯醚等结构相似物质间辨识涉及最小频差为0.67 cm-1)实现对23种PBDEs间的辨识(红外光谱常用最小分辨率为0.5 cm-1);基于判别分析法所构建的高/中等生物毒性PBDEs判别模型的判别正确度为100%/88.9%,表明所提取的红外光谱信息可实现对PBDEs生物毒性的准确分类。     

密度泛函理论研究对位卤代二苯醚的结构、电荷分布及光谱

利用密度泛函理论,对三种对位卤代二苯醚及二苯醚的分子结构、电荷分布及光谱振动进行定量化研究。选取B3LYP/6-31G(d)方法优化对位卤代二苯醚的分子结构,计算所获最优结构的红外及拉曼光谱振动频率,归属对位卤代二苯醚的光谱振动;借助核磁共振和密立根电荷分布计算,并结合二苯醚电荷分布分析引入不同对位卤素取代基对二苯醚各原子电荷分布的影响,从电荷分布角度研究对位卤素取代基对对位卤代二苯醚特征振动频率影响的变化规律和振动机理。结果表明：在对位卤代二苯醚最优结构下,对位卤代二苯醚取代基电负性越小,原子半径越大,C—X键长越大,越易被自然环境降解;对位卤素取代基的引入对二苯醚电荷分布影响较大,取代基电负性越大,醚键对位碳原子的电子云密度下降越多,间位碳原子的电荷分布变化受到卤素取代基与醚键氧原子的综合电子效应的影响,对邻位碳原子电荷分布影响不大;原子间电荷密度差对成键稳定性及特征振动频率影响较大,对位卤素取代基电负性越大,特征振动频率越高。     

卤代对苝醌类光敏剂光敏活性影响的量子化学研究

以一种新型的醌类光敏剂—菌生素 (HMB)为模型化合物 ,利用量子化学从头算HF/ 6 31G和含时密度泛函TD B3LYP/ 6 31G方法计算研究了卤代作用对醌类光敏剂分子性质和光敏活性的影响 .结果发现 ,卤代作用降低了HMB母体的HOMO和LUMO能级 (EHOMO和ELUMO)及其差值△E ,随卤族元素从上到下 ,EHOMO和ELUMO呈增大趋势 ,而△E呈减小趋势 ,使得分子激发光谱有不同程度的红移 ,在增加PQP三重态量子产率的同时降低了分子最低三重激发态的能量 ,两种作用相互抵消 ,使得卤代物的 1O2 量子产率与母体相似 ;增加了分子的绝热电子亲合势 ,使分子产生O2 -的能力下降 ;卤原子的引入 ,降低了HMB母体分子内氢键的强度 ,同时使顺式构型的分子内质子传递势垒增大 ,而使反式构型势垒减小 .     

基于狭义相对论转动质量效应的X-ray光谱分析

基于狭义相对论的基本观点,研究了特征X-ray的产生机理,分析了在狭义相对论下转动质量效应对X-ray光谱的影响,导出了一个计算X-ray特征波长的公式,同时对计算推导的特征波长值做了系统的误差分析,得到了相对误差的规律。结果表明,计算推导的波长值与实验的波长值相比是非常的接近的,并且随着原子序数的增加,转动质量效应对特征波长的影响越来越明显,研究结果在实际应用中对分析特征X-ray光谱具有一定的参考意义。     

苯与铂化学吸附作用及其溶剂效应的量子化学研究

采用Gaussian98程序密度泛函方法全优化计算了考虑水溶剂效应下苯与铂化学吸附作用的位能曲线,得到的位能曲线呈单调下降,苯与铂的吸附是自发过程.计算得到无水和有水溶剂作用时的吸附作用能分别为-149.6535和-202.1635kJ/mol;有水溶剂作用时吸附作用能被降低,展示出明显的水溶剂效应.计算还发现,铂可在苯环上发生吸附转移,在无水和有水溶剂效应下,铂转移的活化能分别为61.2537和70.8356kJ/mol.     

基于三光谱带的大气散射效应校正方法

大气散射效应作为CO₂反演的主要误差源,严重影响了全球大气CO₂卫星产品的应用研究。气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。基于O₂-A,CO₂ 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、弱吸收峰和连续谱,从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度,分析三光谱带具有的相关信息,提出改进的全物理反演方法,对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演,实现大气CO₂反演中的散射效应校正。模拟计算气溶胶影响、气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO₂反演误差,并进行校正,极端情况下导致的8% CO₂反演误差可校正到1% 内,气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内,显示了方法的有效性,同时通过对校正效果的评估,表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力,也指出了实际应用时需要关注的问题。     

分子偶极聚合物驻极体的红外和可见光谱研究

本文利用红外和可见吸收光谱研究了具有二阶非线性光学活性的分子偶极聚合物驻极体材料中偶极子的取向稳定性与分子结构之间的关系，讨论了制备时所用的溶剂对材料微结构的影响。结果表明该材料在玻璃态温度下极化时，引起生色团分子偶极矩沿电场方向取抽，是建立在生色团分子共轭л体系被破坏的基础上，这是一种亚稳态。偶氮类分子的顺-反结构在光、热的作用下极易发生转变，是引起常温下生色团分子有序取向结构松驰的主要原因。制备时所用的溶剂将影响生色团分子在聚合物基底中的存在形式，进而影响分子偶极聚合物驻极体的稳定性。