光腔衰荡光谱方法研究正丙醇羟基泛频光谱和分子构象

用高灵敏的光腔衰荡光谱（Ｃａｖｉｔｙ Ｒｉｎｇ－Ｄｏｗｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）方法探测到了正丙醇波长在６２０和７００ｎｍ附近的高激发泛频振动光谱,将其归属于分子不同稳定构象的Ｏ－Ｈ伸缩振动（ν＝４、５）泛频吸收,谱带用高斯函数模拟后得到的每一个峰都对应于分子的一个或几个稳定构象。用局域模理论（Ｌｏｃａｌ Ｍｏｄｅ Ｔｈｅｏｒｙ）对同一分子的不同泛频振动（ν值不同）进行了分析指认,求出了分子羟     

H2SiCl2 中 SiH 伸缩振动的泛频光谱

在2000 ～ 9000 波数 、 12000 ～12900 波数的光谱区间记录了室温下H2SiCl2气体分子的振动泛频光谱，所用的仪器分别是高分辨傅立叶变换光谱仪和高灵敏激光腔内吸收光谱仪。用局域模模型和包含达林－丹尼生共振的简正模模型，归属了SiH伸缩振动的基频和泛频，振动量子数的改变△VSiH=1, 2, 3, 4 and 6。通过对实验能级的非线性拟合，得到SiH伸缩振动的谐振频率ωm、非谐性常数χm、键间耦合系数λ、莫尔斯振子参数 De、α 和相互作用力常数 。实验发现，随着振动能量的增加，振动簇（manifold，两个SiH键的伸缩振动量子数m+n=常数 ）中能量最低的两个能级的间距逐渐减小。当△VSiH≥4时，在实验误差范围内这两个最低的振动态能级简并。这种简并的能级结构类似双原子莫尔斯振子，符合Birge-Sponer 关系。双原子莫尔斯振子直接描述了H2SiCl2分子中SiH 的高泛频伸缩振动，表明在高振动情况下振动能量已经集中到单个SiH键上。     

利用非线性量子理论计算CH4分子的泛频和组频能谱

利用非线性量子理论中的一个简单的三参数动力学模型即量子化的离散自陷方程，对ＣＨ４分子在高激发态下（１≤ｎ≤７）的伸缩振动能谱进行计算，并将所得结果与实验值进行比较。本模型适合于描述多原子分子的高激发激动态。     

H2O分子泛频振动谱的半导体激光检测

本文使用0.82μmAlGaAs激光二极管(LD)观测H_2O分子(0,0,0)—(2,1,1)泛频振动吸收谱,获得822.6～823.2 nm波长范围内H_2O分子26条泛频吸收谱线.其中,检测谱线的最小吸收系数α_(min)～3×10~(-6)cm(-1),对α～1×10~(-4)cm~(-1)谱线所获得的信噪比(SNR)约60.本文还观测了气体压强对泛频谱线形、线宽的影响,测量了泛频谱线的压强增宽系数β_p～0.128MHz/Pa.     

基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器优化设计

为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.     

红外扫描和频振动光谱系统的激光线宽与光谱分辨率

本文报道了一个简化的利用可见光和红外光带宽来计算和频光谱分辨率的公式. 公式显示和频振动光谱的Voigt线宽可以通过振动模式的均匀线宽(洛伦兹线宽)、非均匀线宽(高斯线宽)、红外光与可见光的高斯线宽计算获得. 利用本实验室新搭建的频率分辨及偏振分辨的皮秒和频光谱系统验证了该公式的准确性. 实验结果显示,本激光系统获取的红外光的高斯线宽为1.5 cm^-1. 本激光系统的光谱分辨率约为4.6 cm^-1,结果与胆固醇单层膜光谱获取的光谱分辨率(3.5~5 cm^-1)基本一致.     

二氧化钛薄膜表面甲醇吸附的和频振动光谱

自行搭建了用于研究表面光催化的宽带红外和频振动光谱并可以原位紫外光激发的装置. 利用自制的结构紧凑小巧的高真空样品池,可以在10 kPa氧气氛围下经原位紫外光照除掉 射频磁控溅射制备的二氧化钛薄膜表面的有机污染物. 通过在室温下改变甲醇气压和指认吸附在薄膜表面的甲醇的和频振动光谱,发现薄膜表面有两种吸附的甲醇,分子形式吸附的甲醇(CH₃OH)和解离吸附的甲醇(CH₃O). 当甲醇的覆盖度由低变高时,分子形式吸附的甲醇的CH₃的对称伸缩振动和费米共振峰红移了6～8 cm^-1. 真空下,薄膜表面的甲氧基和表面的氢原子可以重新结合并以甲醇分子的形式脱附. 研究表明二氧化钛薄膜体系存在两个平衡：气相甲醇和表面吸附的甲醇分子之间,以及表面吸附的甲醇分子和甲氧基之间.     

交叉传播构型的和频振动光谱

报道和频振动光谱在交叉传播的实验构型下的理论公式推导和实验结果. 在交叉传播的和频振动光谱实验室中,可见光和红外光通过相互垂直的入射面同时照射在界面上,从而避免了对使用同时能够透过可见和红外激光束的光学元件的要求. 这种交叉实验构型能够直接应用到封闭在真空或者压力腔体中的界面,使得在用远红外直接探测金属氧化物及其它低频界面振动模式实验的窗口材料有更多的选择. 这一交叉实验构型的潜在应用包括表面科学、材料科学、基础催化科学以及低温下的分子科学等方面.     

CH3D分子3V2泛频态高分辨红外光谱的振动分析

用最小二乘法拟合ＣＨ３Ｄ分子６４２８ｃｍ＾－１附近振动带的１３８个能级，１０个振动常数。振动分析阐明带为ＣＨ３分子Ｃ－Ｄ对称伸缩振动３Ｖ２态，并与局域模振动理论计算值进行了比较。     

液体水中O-H 弯曲振动能量弛豫的数值

应用分子动力学模拟方法研究了液相水中水分子O-H弯曲振动能量弛豫的机理. 采用刚性和柔性溶剂模型来探讨振动能量弛豫的不同通道. 研究发现，刚性溶剂中O?H弯曲振动泛频的弛豫时间为174 fs而柔性溶剂中为115 fs. O-H 弯曲振动泛频振动能量弛豫的主要途径是跃迁O?H 弯曲振动基频. O-H弯曲振动基频的弛豫时间为204 fs，与实验值170 fs符合得较好.     

HXD中XH拉伸振动的振动跃迁偶极矩方向的理论研究

本文利用局域模研究了“重轻”体系简单分子XH伸缩振动的实验振动光谱. 键偶极方法进一步为实验光谱分析提供了帮助(假设XH伸缩振动的跃迁偶极矩沿着XH键方向排列). 通过局域模和多维简正模对HOD,HND^-,HCD,HSD,HPD^-和HSiD的XH伸缩振动的理论计算, XH伸缩振动的局部1D图片可以用于分析跃迁偶极矩倾斜角度. 在HOD分子中,OH伸缩振动的跃迁偶极矩远离OH键并且向远离OD键的方向倾斜;在HSD,HND^-,HPD^-,HCD和HSiD分子中的XH伸缩振动远离OH键,但朝向OD键,表明键偶极近似法不能很好地适用于“重轻体系”分子,重原子X可以影响跃迁偶极矩方向. 利用分子中原子理论分析了偶极矩的变化.     

Variation of Dipole Moment Function of O-H Bond of t-Butanol with the Nature of Solvent and Its Temperature

The intermolecular influence on dipole moment function is evaluated for O-H bond of t-butanol in different nonpolar solvents at temperatures ranging from 10° to 60°C employing IR band intensities of fundamental and first overtone bands. Two sets of dipole moment derivatives have been calculated corresponding to – and +- combinations of the transition moment matrix elements R₁₀ and R₂₀, the values for ++ and -+ combinations are equal in magnitude to those for - and +- combinations, respectively and opposite in signs. In general the dipole moment derivatives increase on lowering the temperature as well as with increasing molecular interactions with the solvent molecules. Dipole moment plots with dimensionless coordinate ξ [=(r-r_e)/r_e, where r and r_e are internuclear distances during vibration and at equilibrium, respectively] are reported for various systems considered. It is found that for +- combination the dipole moment maximum shifts to higher internuclear distances when polarisation of the solute molecules is increased by lowering of temperature or increase in molecular interactions between solute and solvent molecules. A reverse trend is observed for – combination.- The OH band of t-butanol vapor has been measured.     

密度泛函理论研究4-巯基吡啶及其二聚体的结构与振动光谱

利用B3LYP/6-311++G(d, p)方法对4-巯基吡啶及其二聚体的结构和振动光谱进行了计算,对形成二聚体后在结构和光谱上的变化及作用力做了初步分析,并对光谱做了指认。结果显示,4-巯基吡啶(4MPY)的稳定结构为C_s对称性,其二聚体是由SH基团中H原子与另一个环上的N原子靠分子间氢键形成的;相对于单体来说,二聚体形成后在结构与光谱上均有一定的变化。     

GaAs中碳受主局域振动模的非简谐性对主吸收带的影响

在ＧａＡｓ中碳受主局域振动模主吸收带低能侧,观察到一个吸收边带,其峰频率与局域振动模吸收主带的峰频率之差为３５ｃｍ＾－１。该边带的积分面积随温度变化,并影响主吸收带积分布积的温度关系。该边带可能起因于局域振动模自身的非简谐性。     

H2SiCl2分子Si-H振动"基座"SiCl2的有效质量

用傅立叶变换光谱仪和激光腔内吸收光谱仪记录了H2 SiCl2 分子 2 0 0 0～ 90 0 0和 12 0 0 0～ 12 90 0cm-1的红外吸收光谱 .依据局域模理论的非谐性耦合非谐振子 (ACAO)模型 ,分析并拟合了Si-H的对称伸缩振动和反对称伸缩振动 ,得到描述Si-H伸缩振动的Morse离解能De、Morse振子参数α和键振子势能耦合系数frr′.分析中忽略了SiCl2 “基座”对Si-H伸缩振动的影响 ,拟合结果与实验值符合的很好 ,拟合方差小于 1cm-1,表明这一近似是可取的 .分析拟合结果表明 ,Si-H振动时“基座”SiCl2 的有效质量为 75 .     

Molecular conformation and structural correlations of liquid D-1-propanol through neutron diffraction

An analysis of neutron diffraction data of liquid deuterated 1-propanol at room temperature to extract its molecular conformation is presented. Being a big molecule with twelve atomic sites, the analysis is tricky and needs careful consideration. The resulting molecular parameters are compared with electron diffraction (gas phase), X-ray diffraction (liquid phase) and MD simulation results. Information about the hydrogen-bonded intermolecular structure in liquid is extracted and nature of the probable molecular association suggested.      

三苯基咔咯金属配合物的振动光谱和DFT计算

对三苯基咔咯金属配合物(MTPC, M=Ni, Cu, Co, Mn)的拉曼和红外光谱进行了实验研究. 用DFT方法计算了其基态几何结构以及红外和拉曼光谱,并基于计算结果对测量到的振动谱带进行了局域坐标归属. 研究发现,由于对称性降低,咔咯金属配合物的振动光谱比卟啉金属配合物更为复杂,若干咔咯骨架振动与苯取代基强烈耦合.考察了拉曼和红外谱带频率变化与咔咯环结构的关系,发现随着环内核尺寸的减小,与C^I_αC^I_α键伸缩振动和C?Cm键伸缩振动相关的拉曼谱带频率增加,其中C^I_αC^I_α伸缩振动的拉曼谱带对环内核尺寸的变化更为敏感且呈良好的线性关系,可以作为反映金属咔咯骨架结构变化的特征谱带.     

Vibrational Spectroscopic Studies of Molecules with Biochemical Interest: The Cysteine Zwitterion

Abstract

The L-cysteine zwitterions in the orthorhombic crystal structure and in aqueous solution, including the deuterated isotopologues HSCD₂CH(NH₃ ⁺)COO^?, DSCH₂CH(ND₃ ⁺)COO^?, and DSCD₂CH(ND₃ ⁺)COO^?, have been studied by mid-infrared, far-infrared, and Raman spectroscopy. Density functional theory (DFT) calculations were performed for an equilibrium molecular geometry of the cysteine zwitterion to obtain vibrational frequencies of fundamental modes, infrared (IR) and Raman intensities, and the depolarization ratio of the Raman bands and combined with normal coordinate force field analyses. The force field obtained for dissolved (in H₂O and D₂O) cysteine, based on the 4 × 36 experimental fundamental modes of the four isotopologues, was successfully transferred to the two conformers in the solid state. The experimentally observed multiple bands (generally doublets) of L-cysteine and its deuterated isotopologues in the solid state were interpreted based on the coexistence of two conformers in the unit cell. The calculated frequencies were used for full assignments of the fundamental IR and Raman vibrational transitions, including an attempt to interpret all low-frequency vibrations (below 400 cm^?1) of the zwitterion also in the solid state. In particular, the hydrogen bonding effects on conformation, bond lengths, and force constants were studied, including those of the distorted NH₃ ⁺ amino group. The –S-H and -S-D stretching vibrations were found to be local modes, not sensitive to deuterium substitution of the -CH₂ and -NH₃ ⁺ groups in the molecule or to the H(D)-S-C-C torsional angle. The two major -S-H or -S-D stretching bands observed in the solid state correspond to different S-H/D bond lengths and resulted in the force constants K _SH = 3.618 N·cm^?1 and 3.657 N·cm^?1 for the SH^… S and SH^… O hydrogen-bonded interactions. A remarkable result was that the S(H)^… O interaction was weaker than the S(H)^… S interaction in the solid state and even weaker in aqueous solution, K _SH = 3.715 N·cm^?1, possibly due to intramolecular interactions between the thiol and amino groups. A general correlation between the S-H/D bond length and vibrational frequency was developed, allowing the bond length to be estimated for sulfhydryl groups in, for example, proteins. The C-S stretching modes were fitted with different C-S stretching force constants, K _CS = 3.213 and 2.713 N·cm^?1, consistent with the different CS bond lengths for the two solid-state conformers.