1,4-苯二硫醇分子的表面增强共振拉曼散射的化学增强

利用密度泛函和含时密度泛函理论方法研究了1,4-苯二硫醇分子在两个金团簇之间的表面增强拉曼散射及表面增强共振拉曼散射光谱. 采用对应四种不同形式的电荷转移激发态能量的入射光,计算了表面增强共振拉曼光谱. 结果显示,光谱增强的效果与电荷转移的形式密切相关. 不同的电荷转移形式对增强因子的贡献是有差异的.     

吩噻嗪表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

吩噻嗪是含有N、S的杂环化合物,具有大的离域π键。用Gaussian 09程序,在B3LYP方法下,Ag原子使用LANL2DZ赝式基组,C、H、N、S等原子使用6-31++G(d,p)基组,优化并计算了吩噻嗪和吩噻嗪银配合物(PTH-Ag)的拉曼光谱,并利用GaussianView对PTH分子进行归属,为食品和产品中吩噻嗪残留的定性、定量测定提供理论依据。计算结果说明连接Ag原子越多,增强效果越明显。     

基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag₂和Ag₃对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326,463,741,781,1 068,1 294,1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag₂和Ag₃银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463,741～781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag₂和Ag₃入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。     

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。     

苋菜红表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

苋菜红(Amaranth)作为一种人工合成食品添加剂,常被添加于汽水、山楂和糖果等当中,但苋菜红是由煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成,过量食用会导致基因突变甚至致癌,严重危害身体健康.因此,对其检测至关重要.表面增强拉曼光谱技术具有样品前处理简单、分析速度快和准确性高等优点,已在化学、生物和医学领域越来越显示出巨大...     

糠醛分子表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对糠醛(furfural,FUR)分子进行了几何结构优化,并计算了FUR分子的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱和FUR与Ag原子以及Ag2和Ag4团簇吸附的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。结果表明,理论值与已有的实验值符合得较好,采用FUR-Ag4吸附构型的计算结果比FUR-Ag和FUR-Ag2吸附构型的计算结果更符合已有实验值。最后,通过Gauss View可视化软件,对FUR分子的振动频率进行了更为全面地归属。通过FUR分子SERS与NRS的比较,可得出FUR分子与Ag原子发生了相互作用,且被吸附的糠醛分子的杂五环是与银表面垂直的。     

基于密度泛函理论的灭蝇胺分子的表面增强拉曼光谱特性

灭蝇胺是一种白色结晶粉末状的应用于各种瓜果类、茄果类、豆类及多种叶菜类农业生产中的昆虫杀虫剂,广泛应用农业生产等领域。灭蝇胺的大量使用对生态环境有极强的破坏性,危害人类身体健康。因此,对蔬菜农业生产过程中的灭蝇胺农药残留的快速检测技术的需求十分迫切。表面增强拉曼光谱技术（SERS）具有高灵敏度、高准确度以及样品准备简单等优点,已经成为农药残留检测领域的热点研究技术;密度泛函理论（DFT）可用于分子结构与性质的理论模拟及拉曼光谱的计算。基于密度泛函理论对引入金纳米团簇基底灭蝇胺分子的表面增强拉曼光谱进行计算,采用Multiwfn软件结合VMD软件探究了灭蝇胺分子表面静电势分布,基于B3LYP/6-31++G（d, p）基组对结合4个Au原子团簇形成的灭蝇胺—金纳米团簇复合物采用B3LYP方法,对灭蝇胺分子中与Au纳米团簇可能配位的原子使用6-31++G（d, p）基组,Au原子团簇使用LANL2DZ赝式基组,进行灭蝇胺—金纳米团簇复合物的结构优化与表面增强拉曼光谱计算,获得灭蝇胺分子的拉曼散射光谱和灭蝇胺分子与Au₄聚体吸附的表面增强拉曼光谱,并进行特征峰指认和比较。由分子静电势分布可知,Au纳米团簇可能与灭蝇胺分子中的N₁、 N₃和N₅原子位置处形成配位,与C₆H₁₀N₆分子形成C₆H₁₀N₆-4Au纳米团簇化合物。计算对比分析了N₁、 N₃和N₅原子配位形成的C₆H₁₀N₆-4Au的拉曼光谱,由于Au原子团簇的侵入,Au原子团簇与N₁、 N₃和N₅配位形成的C₆H₁₀N₆-4Au分子Raman光谱特征峰最大增强分别达到4.0倍、 1.4倍和3.2倍,且Raman谱峰出现了选择增强,并且谱峰位置发生一定程度的红移或者蓝移。研究结果为SERS技术用于蔬菜表面农药残留的快速检测奠定了理论基础。     

双酚A拉曼光谱的密度泛函理论计算及表面增强拉曼光谱研究

以密度泛函理论(DFT),RB3LYP/6-311G(d)方法计算得到的双酚A(BPA)分子振动光谱为依据,对BPA分子常规拉曼光谱进行了详细的指认,对其振动模式进行了归属.研究了BPA在金胶体系中的表面增强拉曼光谱,对其吸附方式进行了分析:BPA分子在酸性pH下,分子以=CO-吸附到金溶胶上,-OH键的振动消失,苯环以直立方式垂直于金胶上.     

基于密度泛函的伪麻黄碱拉曼光谱性质研究

研究伪麻黄碱的拉曼光谱和吸附在纳米银基底上的表面增强拉曼光谱(SERS),利用密度泛函理论B3LYP/6-311G++(d, p)方法对伪麻黄碱分子进行了计算,得到了分子构型信息和理论拉曼光谱,用Gaussview软件对分子振动模式进行了全面的归属,在伪麻黄碱的表面增强拉曼光谱中,采用了自组装方法获得了团簇银纳米表面增强基底,实现了很好的增强效应.实验结果表明：伪麻黄碱的拉曼光谱计算结果和实验结果基本一致,理论计算为伪麻黄碱分子振动峰位的归属提供了重要的依据,伪麻黄碱分子与银纳米表面化学吸附,苯环垂直于纳米基底表面,研究结果为伪麻黄碱的拉曼光谱检验分析提供了理论依据,也为苯丙胺类毒品的光谱分析研究提供了参考.     

并五苯分子光谱和激发态的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对并五苯分子做理论研究.在几何结构优化的基础上,对其进行频率分析得到了分子的红外光谱和喇曼光谱,并对谱线中的各峰值做了具体指认,同时也得到了分子的最高占据轨道和最低空轨道能隙为2.17eV.利用含时密度泛函理论对其激发态计算,得到最低十个跃迁允许的单激发态.对前线分子轨道最高占据轨道和最低空轨道分析得到,C-C原子之间形成离域π键.结果表明：并五苯是一种良好的有机半导体材料,并具有很好的发光性能.     

杀草强分子的拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP杂化泛函,6-31++g(d,p)(C,H,N)和LanL2DZ(Ag)基组下对杀草强分子及其Ag复合物的结构进行了优化;通过频率计算,获得了杀草强分子及其Ag复合物的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认,结合SERS光谱推测了杀草强和增强基底之间的吸附方式;采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对杀草强分子和杀草强分子-Ag复合物进行了激发态的分析计算。     

臭氧对胎牛血清氧化损伤的表面增强拉曼光谱

对实验室细胞培养用的国产胎牛血清在臭氧作用前后进行了表面增强拉曼光谱测试,范围200～1 800 cm-1.发现臭氧作用1 h后拉曼谱线强度大大减弱,作用3 h后谱线强度进一步减弱,但减弱的程度明显减慢,说明臭氧氧化作用具有快速的特点.臭氧作用下蛋白质主链的有序构象(α-螺旋,β折叠)明显减少,对β折叠的损伤更为严重,β回折几乎消失.芳香族氨基酸和半胱氨酸侧链在臭氧作用下氧化损伤非常明显.这些特征谱线的变化,反映了臭氧的氧化作用使蛋白质变性,构象变化以及降解.     

乙基麦芽酚分子的密度泛函理论计算及表面增强拉曼光谱分析

乙基麦芽酚是一种常见的食品添加剂.该分子可能以“平面”或“立体”两种分子构型存在.应用密度泛函理论,分别对两种可能存在的构型进行了分子模拟计算,其中“平面”构型分子的理论计算拉曼光谱与实验值高度吻合,而“立体”构型分子的理论计算拉曼光谱与实验值差异显著.表明乙基麦芽酚分子是以“平面”分子构型存在.分别通过“银胶法”和“...     

对巯基苯胺分子构象和拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函方法B3LYP/6-311+G**计算了对巯基苯胺分子(PATP)的平衡结构和振动拉曼光谱。结果表明该分子有两个稳定构象,反式构象能更低。利用振动模分析所得的势能分布我们对该分子振动基频进行了归属,并计算了低能构象的标度振动频率,其结果与实验值相吻合。     

苯甲酸分子表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论,利用量子化学软件,在B3LYP/6-311G**(C,H,S)/Lanl2dz(Ag)水平上对苯甲酸(Benzoic Acid,C7H6O2,BA)进行几何优化,得到BA与Ag原子和Ag离子结合,即C7H5O2-Ag和C7H5O2Ag的平衡构型,在此基础上得到了两种形态的计算拉曼谱图,并和其他文献值进行比较,其中C7H5O2Ag的计算结果与文献中的BA表面增强拉曼光谱的实验值符合得较好。同时采用简正振动分析方法得到其势能分布,从而对其简正振动模式进行了全面归属。     

Study on Adsorption States by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

Abstract

SERS has been used as a state-resolving probe to study the adsorption states. in the case of pyridine (Py) adsorbed on the Ag electrode surface, the equilibrium and transition between two adsorbed states, i.e., the perpendicular mode adsorbed through the nitrogen lone-pair electrons and the flat mode through the π electrons of the aromatic ring, were studied. It was found that in the low pyridine concentration or the initial stage of adsorption, the flat mode was favored. While the concentration became higher and the adsorption tended to equilibrium, the adsorbed molecules would transit to the perpendicular mode. The similar phenomenon was also observed when changing the applied electric potential and the pH value of the solution. In the case of the adsorption of Methylene Blue (MB) on the HNO₃-etched silver surface, the influence of Cl^? ions on the adsorption states of MB was investigated. It showed that MB molecules adsorbed on the silver surface tended to transform from the “lying-down” state to the “end-on” state while adding Cl^? ions.     

7-(3,6-二硝基-N-p-乙烯基苯基咔唑)香豆素分子的光谱和激发态的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对7-(3,6-二硝基-N-p-乙烯基苯基咔唑)香豆素分子做理论研究。用B3LYP/6-31G(d,p)对其几何结构进行优化,得到其最稳定构型及能量。在优化结构的基础上,对其进行频率分析得到了分子的红外光谱和拉曼光谱,并对谱线中的各峰值做了具体指认,同时也得到了分子的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能隙为2.150eV。利用含时密度泛函理论(TDDFT)对该分子的激发态进行计算,得到最低十个跃迁允许的单激发态。对前线分子轨道最高占据轨道和最低空轨道分析得到,C-C原子之间形成了离域π键。研究结果表明:7-(3,6-二硝基-N-p-乙烯基苯基咔唑)香豆素是一种良好的有机半导体材料,并具有很好的发光性能。     

基于DFT的间羟基苯甲酸分子表面增强拉曼光谱研究

本文研究了间羟基苯甲酸(m-hydroxybenzoic acid,MHBA)的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对MHBA分子进行了几何结构优化,在此基础上计算了MHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,间羟基苯甲酸分子通过羧基与羟基共同吸附构型的计算结果比该分子通过羧基吸附构型的计算结果更符合实验值。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。