高温高压下水溶液中硫酸根离子浓度的拉曼光谱定量测定研究

当前,拉曼光谱通常被应用于定性研究,拉曼光谱的定量研究明显不足。通过理论分析,拉曼光谱的定量研究应当基于其相对强度来进行。据此,通过对三种不同浓度的Na2SO4溶液进行拉曼光谱分析,得到了常温常压下水溶液中SO2-4离子浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6R(r2=0.999 4)。此外,对高温高压下硫酸根水溶液的拉曼光谱也进行了研究。光谱分析表明,温度和压力将影响拉曼谱峰强度比值与SO2-4浓度的关系。高温高压下水溶液中SO2-4浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6(R+1.469×10-4ΔT+1.340×10-4ΔP),式中c(SO2-4)为待测溶液中SO2-4的浓度,R为拉曼谱峰强度的比值R(SO2-4/H2O),ΔT为相对于常温(23℃)时的温度差,ΔP为相对于常压(0.1MPa)时的压力差。该方程适用的温度范围为23℃≤T≤360℃,浓度范围为0.5~1.5mol·L-1,测量的相对误差为6.5%。对于具有拉曼活性的物质,拉曼光谱实验技术可以用来进行水溶液中物质浓度的定量研究。     

LaCl_3溶液中微团簇的光谱研究

对LaCl_3溶液拉曼和荧光光谱及其变化进行了理论计算和实验研究,得到了较为全面的光谱信息。基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d,p)+Def2-SV(p)基组水平上计算了氯化镧溶液中的微团簇结构,结果表明微团簇分子趋向于形成9配位结构,验证了计算方法的可行性。理论拉曼光谱与实验光谱相比基本一致,随着LaCl_3的加入溶液拉曼光谱在300~600cm~(-1)范围内峰的强度稍微增大,原因可能为La—O振动与水中O—H的面内、面外摇摆峰叠加形成的;在3 000~4 000cm~(-1)范围内,氯化镧溶液与水相比峰形变窄,可能是由于在溶液中原有的水团簇结构破坏后形成的镧水合物中O—H的伸缩振动导致。荧光发射光谱在350nm处出现明显的新峰,且与浓度呈良好的线性关系,从络合物角度实现了对氯化镧溶液的定量分析;同样的基组水平上计算了团簇的荧光发射中心,在误差允许范围内,理论计算与实验值基本吻合,实现了对实验光谱中新峰的指认与归属。     

水溶液中硫酸根离子的拉曼光谱定量分析

拉曼光谱因其具有无损、非接触以及原位的技术优势被广泛应用于科学研究领域。但是,当前拉曼光谱主要应用于定性研究,即根据拉曼波数偏移进行物质分子的鉴别,相比之下,拉曼光谱定量分析则明显不足。因此,有必要进一步开展拉曼光谱定量方面的研究。根据拉曼光谱原理分析可知,拉曼光谱定量研究应当根据相对强度比进行,也就是在定量化过程中需要选择一个参考系,可以分为内标法和外标法。拉曼光谱定量可以根据被测分子与该参考系的拉曼强度比值进行,通过这个方法可以消除测试条件的影响。对水溶液而言,可将液态水的OH伸缩振动作为内标,进行拉曼光谱定量分析。本文研究了Na₂SO₄-H₂O,K₂SO₄-H₂O以及NaCl-Na₂SO₄-H₂O体系的拉曼光谱特征。通过将水分子的OH伸缩振动（2 750~3 900 cm-1附近）拟合为两个高斯谱峰,并以I_SO2-4/I_W为参数来确定溶液中的硫酸根离子浓度,其中I_SO2-4为硫酸根离子的特征峰强度,I_W为水的两个高斯谱峰强度之和。实验结果表明,水溶液中SO2-₄浓度与拉曼强度比I_SO2-4/I_W之间有较好的线性关系,其中,R2=0.997 73,符合定量要求。据此,本文应用拉曼光谱定量分析,建立了一种相对快速、准确测量水溶液中SO2-₄浓度的方法。     

人参皂甙Re结构与振动光谱的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论方法(B3LYP/6-31G)对人参中的有效成分人参皂甙Re(Ginsenoside Re)的两种异构体20-(R)-Re和20-(S)-Re的平衡几何构型进行了优化,对其振动频率进行了计算, 二者的空间结构有明显的不同,振动光谱也有一定的区别。这些变化是因为20号手性碳4个取代基空间取向不同导致两种异构体的堆积方式不同,从而导致红外和拉曼光谱峰位以及峰形变化。根据理论上计算出来的红外强度与拉曼活性及相对应的频率,对实验得到的红外光谱和拉曼光谱进行了指认,发现计算值1 541, 1 456和1 424 cm-1等谱峰,可作为区分两种异构体的特征谱峰。计算的振动频率同拉曼光谱的实验结果较好吻合。这一结果表明,振动光谱可以用来对人参有效成分进行鉴定。     

饱和一元醇类分子拉曼光谱振动峰的归属研究

选用B3LYP/6-31G(d)优化并计算了31种饱和一元醇类分子的拉曼光谱,以甲醇为例,考察了理论计算结果的准确性,分析了碳原子数小于7的直链饱和一元醇拉曼光谱振动峰的归属。研究结果显示,B3LYP/6-31G(d)用于饱和一元醇类分子拉曼光谱振动的模拟计算较为准确,通过饱和一元醇拉曼光谱振动峰归属分析,确认C—O伸缩振动引起的振动峰可作为饱和一元醇类分子拉曼光谱的特征峰;进一步研究还发现,饱和一元醇类分子拉曼光谱的特征峰与其极化率、热力学、能量等主要参数具有显著的相关性(sig.为0.015),为同系物的拉曼光谱研究提供了一定的参考价值。     

饱和一元酸类化合物的拉曼光谱研究

通过实验检测获得了甲酸、乙酸、丙酸、丁酸四种-元酸的拉曼光谱.应用密度泛函理论对四种酸分子进行了模拟计算,计算结果与实验拉曼光谱吻合度较高,分别对四种酸的特征振动峰进行了详细的分析和振动归属.研究结果表明,甲酸的拉曼光谱与其他三种酸差异较大;乙酸、丙酸和丁酸的拉曼光谱具有一定的相似性,但主强峰位置和次强峰的强度存在着明...     

温度扰动下CuCl2/DMF溶液的二维相关拉曼光谱分析

溶液的光谱研究一直受到化学工作者的关注,但大多研究是以一维光谱技术为主,存在分辨率低,误差较大,重叠峰难以分辨等诸多弊端,无法清晰地给出需要的信息。二维光谱通过对外部扰动下的动态光谱进行相关分析计算,从而得到光谱强度的整体变化信息,显著提高一维光谱的分辨率以及重叠峰的分离度。在判断特定外扰下不同官能团的响应次序以及研究分子间、分子内的弱相互作用上具有独特优势。采用二维相关拉曼光谱和理论计算相结合,对溶液内微观团簇及其变化进行了研究。利用显微共焦激光拉曼光谱仪对目标溶液(纯DMF与0.84 mol·L-1的CuCl₂/DMF溶液)进行了升温实验。结果发现在C-N键伸缩振动谱带范围内,由于CuCl₂的加入,特征峰强度整体大幅下降,峰宽变大,在1 115 cm-1有新峰产生,随温度升高,伸缩振动峰强度逐渐下降,峰形变缓。为了获得C-N键振动内各特征峰随温度的变化情况,采用移动窗口二维拉曼(MW2D Raman)光谱技术,对光谱数据进行分析。结果表明溶液内不同类别的微观团簇对温度的敏锐程度不同,随温度升高,它们之间存在相互转化,且变化速度不同。为了获取溶液内各微观团簇运动的实质,以温度为外扰,采用二维拉曼(2D Raman)光谱对目标溶液进行分析,通过对二维光谱中特征峰进行归属和变化次序判断,发现金属Cu2+的加入,使得溶液体系变得更加复杂,除存在原溶剂内所含的团簇构型,还存在与Cu2+发生溶剂化的团簇构型,它们之间存在着一定的相互转化。利用密度泛函理论对溶液中可能存在的团簇构型进行结构优化和热力学计算,结果证实了Cu2+与DMF存在相互作用,且由此产生的团簇构型[Cu(DMF)_n]2+(n=1~6)的稳定性随n的增大逐渐变差,进一步验证了二维相关光谱分析的可行性与正确性。     

己酸乙酯分子的振动光谱研究

采用B3LYP混合泛函和6-31G基函数组,并对重原子和轻原子使用离散函数和极化函数,　利用密度泛函理论（density functional theory, 简称DFT）计算了己酸乙酯的分子振动光谱,并以此为依据,首次对实验测得的己酸乙酯（Ethyl hexanoate）分子的正常拉曼光谱（NRS）和红外光谱(IR)进行了指认,对己酸乙酯分子的振动模式进行了归属。理论计算和实验数据的比较分析表明,理论计算结果的拉曼和红外各振动峰位与实验测量结果符合得较好。最后,分别把拉曼光谱和红外吸收谱中较强的峰位指认为己酸乙酯分子的拉曼特征峰和红外吸收的特征峰。己酸乙酯分子振动光谱的上述研究,可能在白酒调香,化工和生物等领域的检测方面具有广泛的应用,对进一步拓宽己酸乙酯分子的研究领域具有一定的参考价值。     

柠檬酸与钛络合过程的拉曼光谱分析

采用向柠檬酸溶液中直接滴入四氯化钛的方法,实现了钛与柠檬酸的络合反应。向络合溶液中滴入氨水调节pH值,对特定的pH值溶液进行了拉曼光谱的测量,详细分析了(TiO)、(CO)等振动峰的归属。对络合离子基团的结构进行了模拟和光谱计算,所得到的结果和实验值符合得较好。     

基于密度泛函理论对冰毒分子不同构象拉曼光谱的研究

冰毒作为一种新型毒品,近年来泛滥速度不断加快,社会危害日益突出,对相关监管部门带来了严峻的挑战,如何能够提供一种无损、快速、实时与准确的冰毒检测方法具有重要的实际意义和应用价值。拉曼光谱是一种较为符合上述要求的新颖方法,但由于冰毒分子构象上的不同会导致其拉曼光谱存在差异,进而对冰毒现场实时的检测造成影响,甚至产生误判,并对毒品拉曼数据库的建立带来非常大的困难。因此,根据密度泛函理论,采用Becke-3-Lee-Yang-Parr (B3LYP)杂化泛函方法在6-31G基组下分别以冰毒分子?1,?2和?3三个二面角为变量,在0°~360°范围内,以10°为步长做了势能面扫描,取能量的极小值点从而获得12个不同的冰毒分子稳定构象,在此基础上,采用B3LYP方法6-31G++(d,p)基组选取其中4种能量较低的构象做进一步优化以及振动频率的计算,并将最终得到的计算拉曼光谱与实验光谱进行比较,结果表明:构象上的差异使计算得到的冰毒拉曼光谱中746, 837和1 356 cm^-1处的特征峰位置产生了不同程度的偏移,而632, 1 003, 1 180和1 312 cm^-1处的特征峰则基本不受构象影响,因此,在对可疑样品进行识别时上述不受构象影响的特征峰可以作为冰毒主要的特征峰来进行快速匹配,而这种通过关键特征峰进行匹配的方法相比于传统的相关系数匹配算法显然更为快捷;同时在选取的4种能量较低的构象中,由构象Ⅸ计算得到的结果与实验值最为吻合,于是在文中采用该结果并结合各振动频率的势能分布以及相关文献对冰毒实验拉曼特征峰进行了详细的归属。其中, 1 003 cm^-1为冰毒拉曼最强特征峰,归属为苯环的环呼吸振动;837 cm^-1处特征峰归属为NH摇摆振动;此外, 1 180 cm^-1处的特征峰归属为C-N伸缩振动;1 312 cm^-1处则归属为CH2摇摆振动。上述这些研究结果将为今后的毒品检测、毒品拉曼数据库的建立以及药物分子拉曼光谱理论计算研究提供有益的参考。     

氟虫氰表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究（英文）

2017年8月初,荷兰发现大范围鸡蛋受杀虫剂氟虫腈污染。用拉曼光谱检测的方法对解决氟虫腈检测问题做了一定的探索。为了获得氟虫腈分子的分子结构振动信息,根据密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函和6-311G++(d,p)基组,对氟虫腈分子进行了几何结构优化和频率计算,得到了该分子的稳定构型和全部振动模式,计算了氟虫腈分子稳定构型的拉曼散射光谱。利用HORIBA公司的T64000型光栅共聚焦显微拉曼光谱仪采集了FP的拉曼光谱并配合使用Ag/Cu纳米基底采集了表面增强拉曼光谱,较强峰出现在211,308,350,867,1323和1432 cm-1处,次强峰出现在254,407,443,463,511,607,646,712,800,1065和1639 cm-1处。结果表明,理论计算得到的振动频率与实验测量值在全部较强峰处和部分次强峰处吻合的较好。并对FP分子200~2000 cm-1区间内各频率谱线对应的振动模式进行了归属指认,6个较强峰依由小到大的次序分别指认为21H-22H蜷曲振动,10F-11F变形振动和21H-22H面外摇摆振动,15N-22H蜷曲振动,6C伸缩振动和21H面内弯曲振动,苯环呼吸振动和9C伸缩振动,7H-8H面内弯曲振动。发现表面增强拉曼光谱相对于拉曼光谱整体有微小的频移,两者整体吻合较好,表面增强拉曼光谱中211,867,1400和1432 cm-1处的峰得到了选择性增强,根据表面增强拉曼光谱的选择定则,解释为相关振动峰的原子与银衬底表面或许为接近垂直的状态,并可能与银表面吸附。下一步计划将氟虫腈混入鸡蛋中,对氟虫腈在鸡蛋中不同浓度情况下进行指认研究。研究结果可为氟虫腈的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中氟虫腈残留的快速检测和在线检测研究。将拉曼光谱作为对传统化学检测方法的补充。     

二元混合溶液闪点行为的激光拉曼光谱研究

本文以乙醇-甲酰胺,乙腈-甲酰胺,乙醇-环己酮,乙腈-环己酮四种混合溶液为研究对象,采用激光拉曼光谱对四种溶液体系的闪点行为进行讨论和研究。通过测定四种溶液体系的拉曼光谱和闪点,结合溶液拉曼光谱的特征峰强度比和拉曼位移的变化,探索四种溶液闪点的变化规律。试验结果表明,随着溶液浓度的增大,溶质的拉曼特征峰强线性增加,混合溶液的闪点降低。采用三次多项式分别对四种溶液体系的闪点与拉曼特征峰、溶液浓度的关系进行拟合,拟合结果良好。混合溶液的闪点随拉曼特征峰强比、溶液浓度的变化趋势相同。该试验方法将有助于从分子结构角度分析混合溶液的闪点变化规律,同时该方法可用于混合溶液闪点的实时在线检测。     

钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4拉曼光谱研究

运用激光拉曼光谱实验和密度泛函理论计算研究了450～1 700 cm-1光谱范围内有机-无机杂化钙钛矿材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄的振动模式特性。对比实验所得拉曼光谱和理论计算所得拉曼光谱,发现密度泛函理论计算可以很好的模拟(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄有机部分的分子振动模式。同时通过比较分析密度泛函理论计算和参考文献,对450～1 700 cm-1光谱范围内的拉曼峰的分子振动模式进行了初步的归属,并发现该光谱范围内的拉曼峰主要是由(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄分子中有机部分振动所产生的。     

植物激素脱落酸分子的光谱与结构研究：理论与实验

植物激素脱落酸(ABA)是植物通过自身代谢产生的有机信号小分子,在极低浓度下可对植物自身产生明显的生理效应,是植物体内五大内源激素之一,因能促进植物叶片的脱落而得名,主要存在于植物干枯的叶子,根茎、种子等部位。由于对植物生长的调节能力,ABA在农业工程领域有着极大的应用前景。然而,ABA在植物体内的浓度很低,实现超低浓度检测是ABA应用的关键。关于ABA的检测,文献中已经报道的方法有很多,但是利用拉曼光谱技术对ABA的理论和实验研究还未见报道,拉曼光谱技术有着样品前处理简单、分析速度快、对于检测人员要求低,更适合于原位和现场检测等特点,因此对ABA拉曼光谱的机理和实验研究可为在植物激素检测及鉴定中提供可靠的依据。利用软件Gaussian09和GaussView5.0构建优化ABA的分子结构,计算了ABA的分子能级、前线轨道、拉曼光谱（Raman）、红外光谱（IR）及核磁共振谱（NMR）。为了验证理论计算的准确性,检测了ABA分子的IR、Raman、表面增强拉曼光谱（SERS）和NMR谱。结果表明：ABA的拉曼特征峰理论计算值位于616,1 056,1 272和1 689 cm-1处,实验测得的拉曼特征峰位于612,1 048,1 272和1 635 cm-1处,SERS实验获得的特征峰位于598,1 032,1 268和1 625 cm-1处,理论计算和实验结果吻合较好;同时对ABA在400～4 000 cm-1波长区间的IR和Raman特征峰进行了指认,指出了其在相应的峰位置上较强拉曼光谱的分子振荡模式,其中拉曼最强峰1 635 cm-1主要来自于ABA分子碳碳双键和碳碳单键的伸缩振动,其中碳碳双键的伸缩振动引起的拉曼散射最强。最后,对比ABA的计算和实验核磁共振谱,并进行原子归属指认和原子相对位移分析,进一步研究了ABA的分子结构,为ABA的痕量检测提供了一定的实验参考和理论依据。     

变换溶液浓度方法研究费米共振

一些分子的拉曼散射系数随其在溶液中的浓度而变化.通过改变样品的浓度测量了CCl4,CS2和C6H6等几种溶剂的拉曼光谱并获得了费米共振的普遍规律,发现了两费米峰不对称移动、倍频峰的基频被费米共振调制并向同方向移动等弱费米共振的一些规律.这与Bier利用高压方法获得的结果相同.文章还验证了以下结论:参与费米共振的和频中的...     

四氯化碳费米共振的拉曼光谱研究

费米共振现象是一种广泛存在于分子振动光谱中的现象,特别是结构比较复杂的多原子分子.在多原子分子中当振动倍频或组合频位于某一基频附近,由于发生振动耦合,会出现两个新峰,峰的位置向两侧发生移动,二者谱线强度发生变化,把这种现象称为费米共振.费米共振现象不仅存在于红外光谱中,也存在于拉曼光谱中.文章中测量了CCl4的拉曼光谱,利用所得到的谱线峰位和用Originpro7.5软件程序获得积分强度,用费米共振的相关理论计算了C-Cl的a1对称伸缩振动频率v1与C-Cl2的f对称弯曲振动频率v4的组合频(v1 v4)与(某一未知基频)C-Cl的f对称伸缩振动频率v03的费米共振特征参数,进而计算出了耦合系数W和这一未知基频v03.该文对理解费米共振,了解分子振动频率,研究分子结构有很重要的参考价值.     

拉曼光谱在新型毒品快速检测中的应用

新型毒品的日益泛滥及快速更新对执法部门现场快速检测提出了越来越高的要求。以三种典型的新型毒品为例,利用密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函,在6-31G基组下优化分子几何结构以及拉曼振动频率的计算,并利用拉曼光谱仪进行了实验检测,用以研究拉曼光谱技术在新型毒品快速检测中的应用价值。结果表明：各毒品样品的理论计算拉曼光谱与实验拉曼光谱基本吻合,理论计算光谱可以为实验光谱特征峰的归属提供参考;各毒品拉曼特征峰的峰位差异明显,其中冰毒特征峰为837和1003 cm-1,K粉最具有鉴别价值的特征峰为463,659和1 046 cm-1,而麻古最明显的特征峰为556,1 329和1 699 cm-1,拉曼光谱可被用于毒品的鉴别和认定;微量冰毒及K粉残留物的实验拉曼光谱与其常量时基本一致,拉曼光谱可被用于毒品微量残留物的准确识别;伪冰毒N-异丙基苄胺的拉曼特征峰853 cm-1与冰毒拉曼特征峰837 cm-1存在明显差异,因此拉曼光谱可被有效地用于以上毒品的检测;而聚丙烯材料制成的透明包装对自身存在强烈荧光干扰的麻古拉曼光谱有较大影响。     

基于群论的PAHs分子偏振拉曼去噪

利用群论理论研究16种多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)分子振动规律,并对PAHs指纹区特征拉曼峰进行偏振去噪,减少非特征拉曼峰对特征拉曼峰的干扰,增强16种PAHs之间的拉曼辨识度。群论分析发现16种PAHs分别属于C_s,C_2v,C_2h,D_2h点群,四个点群中的A′,A₁,A_g,A_g类对称振动属于全对称振动,其余对称振动为非全对称振动,其中全对称振动均具有拉曼活性。Gaussian 09杂化密度泛函理论计算与群论分析相结合,发现16种PAHs全对称振动分布拉曼位移全区域,涵盖16种PAHs基团振动模式;全对称振动产生的波动性小,具有一定的抗外部环境干扰能力,稳定性相对较高,并且其产生的拉曼峰更强。根据全对称振动具有代表性、稳定性、显著性的特征,本文将16种PAHs的全对称振动作为特征拉曼振动。此外,研究发现,拉曼偏振效应与振动模对称性直接相关,拉曼光谱的偏振效应具有增强PAHs特征拉曼峰、降低PAHs非特征峰强度的作用。16种PAHs通过拉曼光谱的偏振效应选择性调节作用后,PAHs特征拉曼峰信噪比可提高6.52%~182%,说明利用拉曼偏振效应去除非特征拉曼峰的作用显著,可有效降低特征峰的噪声干扰。因此,所建立的基于群论的PAHs分子拉曼偏振去噪方法可以改善其拉曼光谱信号质量,提高PAHs同步拉曼光谱分析效率,为实现16种PAHs同步拉曼光谱检测提供了理论依据。     

硫酸铵水溶液的超额拉曼光谱研究

利用拉曼光谱与超额拉曼光谱研究室温下不同质量分数的(NH_4)_2SO_4水溶液中氢键网络结构的变化,以及离子缔合情况;研究2800~4000cm~(-1)处的O—H伸缩振动区间以及940~1020cm~(-1)处的SO_4~(2-)全对称伸缩振动区间的拉曼光谱,对拉曼数据进行分峰处理,并对超额拉曼光谱的正、负峰积分面积进行分析。结果表明:质量分数12.00%是溶液中氢键结构以及离子缔合情况发生较大变化的转折点;当质量分数大于12.00%后,溶液中DDA型和DAA型氢键结构增多,DDAA型、DA型氢键结构与自由OH型氢键结构减少,并且溶液中离子对的存在情况也发生了变化,NH_4~+与SO_4~(2-)形成了接触离子对。     

酒精混合液的超低频拉曼光谱研究

酒精中低浓度甲醇和乙醇的精准检测是十分重要的。低频拉曼散射是研究液相分子间相互作用最有效的方法之一。本文采用新型超低频拉曼光谱,对不同浓度的乙醇以及乙醇-甲醇混合液进行研究。实验发现,不同浓度下乙醇溶液在78 cm^-1和170 cm^-1存在两个特征峰,不同浓度下乙醇-甲醇混合液在85 cm^-1和178 cm^-1存在两个特征峰。其中,78 cm^-1特征峰是由于OH-O伸缩振动引起的,178 cm^-1特征峰是由于OH-O面内弯曲振动引起的,85 cm^-1和170 cm^-1两个峰是由C-OH的伸缩振动引起的。同时,我们发现了以上超低频特征峰频率与乙醇以及乙醇-甲醇混合液浓度的依赖关系,能够为较低浓度的乙醇和甲醇溶液精确指认提供可借鉴的实验思路和依据。