3种多环芳烃化合物荧光光谱的量子化学研究

采用量子化学半经验方法AM1对3种多环芳烃电致发光材料(EL)的性质进行了理论研究。对各化合物优化后的构型作振动分析,均未出现虚频率,在此基础上,采用CIS方法计算电子光谱,并给出了3种化合物电子光谱的波长与CIS组态数之间的关系。所得计算结果与实验值基本吻合。     

基于密度泛函理论的多环芳烃硝基衍生物的生物毒性预测

采用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法,在6-311++G（d,p）基组水平下对16种多环芳烃（PAHs）及6种多环芳烃硝基衍生物进行了拉曼光谱、极化率、偶极矩、热力学、结构优化及能量等40种参数进行计算。以13种PAHs对发光菌的－lgEC₅₀值做因变量,以另外3种多环芳烃数据作为验证,构建了基于量子化学参数的PAHs毒性定量结构-活性相关（QSAR）模型,预测PAHs硝基衍生物的毒性。经验证,所建立的QSAR模型的模拟系数为0.816,模型预测的PAHs硝基衍生物毒性排序与文献报道的PAHs硝基衍生物对鼠伤寒沙门氏菌的毒性排序一致,表明所建模型可用于PAHs及其硝基衍生物的生物毒性预测,从而为控制和预测PAHs及硝基衍生物毒性提供理论依据。     

多环芳烃的表面增强拉曼光谱探测与分析

首次实现了以参数优化的金溶胶为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底探测水中痕量的多环芳烃。采用化学还原法制备不同颗粒大小的金溶胶,实验确定了632.8 nm激发光下的最优金纳米颗粒的平均粒径为(32±3) nm,并以此金溶胶为基底,探索pH值对多环芳烃增强效果的影响,发现pH=13效果最佳,与pH=6相比谱线绝对强度提高约20倍。以粒径为(32±3) nm,pH=13的金溶胶为活性基底对不同浓度萘、菲、芘溶液进行了SERS光谱探测,探测到的最低浓度分别为20,4和4 nmol·L-1,特征峰强与浓度呈线性关系,线性拟合相关系数均在0.985以上,三者混合溶液的SERS光谱可清晰分辨出各自的特征峰。结果表明,该实验所采用的SERS活性基底灵敏度较高,具有广阔的应用前景。     

拉曼光谱的16种多环芳烃（PAHs）特征振动光谱辨识

借助密度泛函理论中B3LYP/6-311++G(d, p)方法对美国EPA优先控制污染物中的16种多环芳烃(PAHs)：萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、稠二萘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并(a, h)蒽、二苯并[g, h, i]芘以及茚苯(1, 2, 3-cd)芘进行结构优化,并计算拉曼光谱振动频率和去偏振度,在此基础上辨识多环芳烃的拉曼特征光谱。研究显示,16种PAHs的拉曼振动主要分布在3个频区：200～1 000 cm-1（指纹区）、1 000～1 700和3 000～3 200 cm-1（基团频率区）,3个频区主要振动归属分别为环变形(ring def),碳碳伸缩(CCStr)、碳氢摇摆(CHw)及其耦合振动(CCStrCCw),碳氢伸缩(CHStr)。进一步分析显示,指纹区16种PAHs的去偏振度随苯环变形振动对称性增强而降低,在该频区去偏振度最小的频移处苯环呼吸振动的对称性最强,指纹区的峰强也在此处出现最大值。任意PAHs在指纹区的最强峰之间的波数差较大,在显微拉曼光谱的可分辨范围内,因而利用指纹区的去偏振度和最强峰可将16种PAHs逐一识别。烷烃、烯烃、炔烃、醇类和酚类、脂肪醚、芳基烷基醚、醛类、酮类、羧酸、酯类、胺类、腈类、酰胺类、酸酐、芳烃的振动频率和峰强分布不完全一致,利用PAHs与这几类物质拉曼频率和峰强分布的差异可以逐一排出干扰。     

表面增强拉曼光谱技术在多环芳烃检测中的应用

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类致癌性很强的环境污染物.由于PAHs分子不含有能与金属配位或键合的官能团,因此很难利用SERS技术对其进行直接检测.本文综述了近年来表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)...     

多环芳烃时间分辨荧光光谱特性研究

利用时间分辨荧光光谱技术,研究了菲、荧蒽、芴、蒽、芘等五种多环芳烃的荧光时间分辨发射光谱特性。以289 nm受激拉曼光作为激发光源,研究了289 nm激发光作用下五种多环芳烃的延时特性和门宽特性。并以多环芳烃随延时时间的荧光峰强度衰减关系曲线,得到菲、荧蒽、芴、芘的荧光寿命分别为37.0, 32.7, 10.9, 147.0 ns。不同荧光物质具有特定的荧光光谱特性,多环芳烃时间分辨荧光光谱特性的研究可以为复杂水体中不同种类多环芳烃的诊断提供依据。     

多环芳烃^13C—NMR化学位移的理论模拟

本文利用ＣＮＤＯ方法对十个多环芳烃化合物的＾１３Ｃ－ＮＭＲ的化学位移进行了理论上的计算，并提出了一个联系分子电荷密度、键级和键长等参数的半经验公式，同时利用逆磁环电流，顺磁环电流，湾区推斥效庆和迫位效应的影响。又对多环芳烃的化学位移进行了校正，从而使得理论计算与实验值吻合得很好，通过对多环芳烃的＾１３Ｃ－ＮＭＲ化学位移的回是分析表明：回归系数达到０．９５，较好地反映了多环芳烃＾１３Ｃ－ＮＭＲ化学位     

几种多环芳烃化合物EL材料性质的量子化学研究

采用从头算方法（ＲＨＦ／４－３１Ｇ）和半经验方法ＡＭ、ＰＭ３对几种多环芳烃化合物电致发光（ＥＬ）材料的性质进行了理论研究。并对三联苯作了构象分析，找出能量最低的构象，即两侧苯环分别城外各扭转４１．６°±０．５°，对各优化后的构型作振杂质镁未出现虚频率，在此基础上，采用ＲＨＦ／ＣＩＳ方法计算其电子光谱，并给出了化合物Ｅ２，Ｅ３电子光谱的波长λ与ＣＩＳ的组态数之间的民有计算结果与实验值基本吻合。     

反式乙烯基联吡啶表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

反式乙烯基联吡啶具有极好的拉曼散射信号,经常用做探针分子.利用密度泛函理论(DFT)理论,采用BP86,BPw91和B3LYP等方法,Ag原子使用赝式基组,H,C,N等原子使用6-31+ +G(d,p)基组,计算了反式乙烯基联吡啶与银配合物(t-BPE-Ag)的Raman光谱,并且利用势能分布(PED)计算结果对t-BPE分子Raman光谱和SERS谱进行了详细的归属,DFT理论得到结果说明根据DFT理论计算t-BPE-Ag配合物得到的Raman光谱与实验SERS谱基本一致,并且键连Ag原子越多,与实验值会更接近,t-BPE-Ag配合物HOMO与LUMO的能级差估计在449～912 nm范围内.     

一组线性稠环芳香烃的等离激元激发

采用含时密度泛函理论,研究了一组线性稠环芳香烃量子点的等离激元激发.沿着线性稠环芳香烃所在的平面方向,体系中有两个主要的等离激元共振带:一个位于3.9 e V附近;另一个位于16 e V附近.随着线性稠环芳香烃长度的增加,在低能共振区,沿不同方向激发时,体系的吸收峰分别发生了蓝移和红移.此外,与并五苯相比,在低能共振区,一氯并五苯的吸收光谱的吸收峰发生了红移和展宽,其中氯原子位于并五苯的两端时对一氯并五苯等离激元激发影响较大.在低能共振区,线性稠环芳香烃的等离激元共振模式与石墨烯量子点相似.     

四种芳香稠环化合物荧光光谱的量子化学研究

芳香稠环化合物是一类重要的化合物,并且一般具有较大的共轭体系,是一类良好的电致发光材料.这类物质的光谱在近来的科学研究中已经成为了一个热点.对4种芳香稠环化合物的荧光光谱进行了理论研究.采用量子化学半经验方法RHF/PM3对4种化合物的构型进行了全参数的优化.并对优化后的构型作了振动分析,均未出现虚频率,说明所得优化构型基本合理.在此基础上,采用单激发组态相互作用方法(CIS)计算4种化合物的荧光光谱,所有计算结果与实验值基本吻合.     

氨基甲酸酯类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息,应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d,p)基组对三种氨基甲酸酯类农药(西维因、克百威和涕灭威)分子进行了几何结构优化和频率计算,利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱,并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。结果表明,理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰,分别位于874,1 014,1 162和1 716 cm-1附近。对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础,将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。     

基于荧光分析法和APTLD相结合的多环芳烃的检测

为准确进行浓度检测,用Savitzky-Golay(SG)多项式曲面平滑法去除三维荧光光谱数据的冗余信息,分别采用平行因子法(PARAFAC)算法和交替惩罚三线性分解(APTLD)算法对光谱数据进行分解。设计多环芳烃类污染物的检测实验,分析了芴(FLU)、苊(ANA)及两者混合溶液的荧光光谱特性。FLU溶液在λ_(ex)/λ_(em)=302/322 nm处存在一个明显的荧光峰,并且存在连续侧峰。ANA溶液存在两个荧光峰,分别为λ_(ex)/λ_(em)=290/322 nm和λ_(ex)/λ_(em)=290/336 nm。在激发波长200～370 nm扫描范围和发射波长240～390 nm扫描范围内,FLU和ANA荧光光谱重叠严重。结果表明,两种算法均能分辨出FLU和ANA,并取得了很高的回收率,但APTLD算法的检测效果更好。     

4-乙酰基吡啶红外和拉曼光谱的密度泛函理论研究

4-乙酰基吡啶是一种重要的添加剂和医药中间体。在室温条件下使用液膜法测定了4-乙酰基吡啶的红外光谱和拉曼光谱,结合密度泛函理论在高水平基组条件下计算得到的稳定构型、振动频率和各谱带的势能分布,对观测到的谱带做出了全面指认和详细分析,为该类化合物的实验鉴别提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。