温度对低共熔溶剂影响的二维拉曼光谱研究

低共熔溶剂（DES）作为一种新式的绿色溶剂,在多种化学过程中表现出色,因此在诸多热门范畴都展现出良好的发展潜力。对DES的光谱分析通常局限在一维光谱技术上,但其分辨率低、谱峰重叠严重等缺点,导致光谱数据存在误差。运用二维拉曼光谱（2D Raman）,能够明显提高光谱分辨率,并发现重叠峰位置,获得在外扰条件下不同谱峰的变化顺序及其相互作用等重要信息,以实现对复杂体系的精确分析。以氯化胆碱（ChCl）和ZnCl₂合成的DES为例,利用显微共焦激光拉曼光谱仪分别对ChCl和DES进行拉曼实验,发现与ChCl相比,DES中各处峰的整体强度显著下降,原有的谱峰未消失,说明Zn2+的加入没有破坏ChCl的骨架结构。287 cm-1处出现一个新的特征峰,推测有Zn-Cl配位键的伸缩振动。对DES进行升温拉曼实验,发现随着温度的升高,NC₄的不对称伸缩振动峰强度逐渐减小,峰宽变大,峰形变缓,Zn-Cl配位键伸缩振动峰强度逐渐降低,峰位置基本不变,峰形有明显重叠。运用2D Raman技术对溶液内NC₄和Zn-Cl特征峰的变化进行研究,结果表明,随着温度的升高,溶液中发生ChCl向Ch+的解离过程,Zn2+与Cl-形成了多种配合物,ZnCl-₃,Zn₂Cl-₅,Zn₃Cl-₇之间存在相互转化。不同位置的特征峰随温度的变化顺序不同,将特征峰与团簇进行一一归属,得出了各个团簇对温度的敏感程度。基于量子化学中的密度泛函理论,对推测的物质结构进行构型优化和参数计算,证实了其存在的可能性,同时也验证了2D Raman的分析结果准确可行。这些结果将为DES的后续研究提供理论参考,拓展了二维光谱技术的应用范围。     

Na2O-K2O-Al2O3三元系固体结构研究

制备了xNa₂O-(1-x)K₂O-Al₂O₃(x=0.33, 0.50, 0.66, 1)三元系固体,实验利用拉曼光谱技术获得了xNa₂O-(1-x)K₂O-Al₂O₃三元系固体的常温拉曼光谱和升温拉曼光谱,使用CASTEP软件优化晶体结构和计算拉曼光谱,获得了xNa₂O-(1-x)K₂O-Al₂O₃三元系样品的常温拉曼光谱,结果表明低波数区(100～400 cm^-1)的拉曼特征峰为Na—O键的振动。中波数区(400～700 cm^-1)的拉曼特征峰为铝氧四面体中桥氧键的振动。高波数区(700～1 000 cm^-1)的拉曼特征峰为Al-O_nb的振动。对三元系样品的拉曼特征峰进行有效归属。获得了0.5Na₂O-0.5K<...     

基于二维相关技术的氯吡脲拉曼光谱分析

氯吡脲作为一种苯脲类生长调节剂,被广泛应用于果蔬中,但是氯吡脲若过量使用,会严重影响果蔬的内在质量,且摄入过多会影响人的身体健康。现有的检测方法,虽然技术上成熟、精度高,但技术条件要求高、样品预处理过程复杂、耗时、检测费用高。利用二维相关拉曼光谱技术对乙酸乙酯中氯吡脲的浓度变化进行检测研究,建立一种灵敏、快速、高效的检测果蔬中氯吡脲的技术提供理论基础,对食品安全具有重大意义。采集氯吡脲粉末的拉曼光谱图,结合氯吡脲分子的结构图可对拉曼光谱谱图中的峰进行归属。配置浓度分别为2.5,5.0,7.5,10.0,12.5,15.0,17.5和20.0 g·L-1的氯吡脲乙酸乙酯溶液并采集拉曼光谱,对不同浓度的氯吡脲乙酸乙酯溶液的光谱数据进行二维相关分析,得到氯吡脲的拉曼二维相关同步谱图和异步谱图,分析同步谱图得出842, 992, 1 044, 1 442和1 604 cm-1的几处交叉峰具有协同作用,随着氯吡脲浓度的升高而升高;分析异步谱图得出交叉峰敏感性为1 044 cm-1>992 cm-1>842 cm-1,1 735 cm-1>1 604 cm-1>1 442 cm-1,842 cm-1>1 735 cm-1。结果表明,乙酸乙酯中氯吡脲的拉曼特征吸收峰分别为842,992,1 044,1 442,1 604和1 735 cm-1,其中1 044 cm-1（苯环的环伸缩振动）、992 cm-1（吡啶环的环呼吸振动）、842 cm-1（C-O-N假对称的伸缩振动）、1 735 cm-1（C=O伸缩振动）对氯吡脲浓度变化比较敏感,敏感度顺序为苯环的环伸缩振动>吡啶环的环呼吸振动>C-O-N假对称的伸缩振动>C=O伸缩振动>多个耦合峰的C=C伸缩振动>C-H的变形振动。拉曼光谱与二维相关技术相结合可以准确地反映出氯吡脲随浓度变化,为果蔬中氯吡脲含量的检测奠定了理论基础。     

农药辛硫磷的密度泛函理论计算及拉曼光谱分析

辛硫磷(Phoxim)是一种高效、低毒、低残留有机磷杀虫剂,能抑制胆碱酯酶活性.辛硫磷的分子构型用Gauss View 5.0构造,理论计算采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)的B3LYP/6-31+G(d, p)基组计算农药辛硫磷的拉曼光谱,实验上则采用分辨率为2 cm~(-1)的三级显微拉曼光谱检测仪对辛硫磷-甲醇溶液,辛硫磷乳油进行拉曼光谱检测.将理论拉曼光谱与实验拉曼光谱进行对比,其中有几个对应比较一致的拉曼光谱峰分别位于667, 745, 997, 1025, 1298, 1588 cm~(-1)处.首次报道了辛硫磷的拉曼光谱,同时对辛硫磷在600～1800 cm~(-1)区间的拉曼光谱进行了指认,指出了其在相应的频移位置产生较强拉曼光谱的分子振荡模式.     

Li2B4O7晶体及其熔体结构的拉曼光谱研究

采用高温原位拉曼光谱技术,研究了Li₂B₄O₇从常温至1 373 K温度范围内的拉曼光谱。在升温过程中,晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象,且强度降低。晶体熔化时,由2个[BO₄]和2个[BO₃]组成的[B₄O₉]环状结构转变成(B₃O₆)3- 六元环和[BO₃]结构,[BO₄]结构减少直至消失。基于密度泛函理论,计算了Li₂B₄O₇晶体的拉曼光谱,对其振动模式进行了分析归属。利用量子化学从头计算法计算了由[B₃O₆-BO₃]为基础相互连接形成的x(Li₂B₄O₇)(x=2, 3, …, 9)的环状团簇模型的拉曼光谱,对Li₂B₄O₇熔体的结构进行了模拟分析。计算结果表明Li₂B₄O₇熔体的阴离子基元为三个(B₃O₆-BO₃)组成的大三元环超级结构。     

基于双光谱二维相关谱的葡萄糖溶液温度扰动分析方法研究

在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组织温度范围设计实验,测量样本在浓度扰动和温度扰动下的透射光谱。对其进行基线校正和滤波预处理后,通过2T2D-COS分析得到浓度扰动和温度扰动下的异步谱。结果表明,温度扰动引起的交叉峰出现在强氢键结合水对应的特征吸收波长(1 474 nm)和弱氢键结合水对应的特征吸收波长(1 410 nm)附近,而葡萄糖浓度扰动引起的交叉峰出现在水分子对应的特征吸收波长(1 450 nm)和葡萄糖分子对应的特征吸收波长(1 595 nm)附近。为了定量分析样品温度,进一步提取了温度扰动异步谱交叉峰1 410 nm波长下的切片谱,其在1 410～1 600 nm波段的相关峰强度随温度的升高而增大,与样品温度之间具有较好的相关性;选择波长(1 475±4) nm范围内的切片谱,对谱峰强度积分后进行线性拟合,建立样品温度的线性回归模型,对温度的预测均方根误差可以达到0.125 9℃。以...     

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。     

吡啶非谐振耦合(费米共振)的二维相关拉曼光谱研究

费米共振(FR)是一种广泛存在于分子内和分子间的分子振动耦合和能量转移现象。研究了吡啶与乙醇混合溶液中的吡啶分子内费米共振效应(ν1～ν₁₂,ν₁+ν₆～ν₈),发现了吡啶乙醇存在分子间氢键(O—H…N),通过费米共振参数变化和二维相关拉曼光谱(2DCRS)揭示了吡啶乙醇溶液相互作用机理。ν₁～ν₁₂,ν₁+ν₆～ν₈通过非谐相互作用引起能量转移,从而导致费米共振参数的变化。2DCRS可以提供更多费米共振信息,阐明了费米双峰的相互作用机制。     

不同构型罗丹明分子拉曼光谱的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了罗丹明6G、罗丹明123和罗丹明B分子的拉曼光谱. BP86泛函计算的罗丹明系列分子的阳离子在气相中的拉曼光谱与相应的分子在水溶液中的实验光谱符合很好. 结果显示氯离子以及氢键的引入对罗丹明B分子的拉曼光谱有较明显的影响,该影响可以部分地解释罗丹明B分子在水溶液中和在金表面上拉曼光谱的不同. 精确描述罗丹明分子在金属表面的表面增强拉曼光谱,需要考虑由界面相互作用而导致的变化.     

二维红外光谱法对肉豆蔻酸相变过程的研究

脂肪酸由于成本低、相变潜热大、热稳定性好的特点,在有机固-液相变材料中应用较多。对脂肪酸进行热分析一般采用热重法（TG）或差示扫描量热法（DSC）得到材料宏观上的热力学性质,但难以对其微观结构变化进行深入探讨。二维红外光谱（2D-IR）在温度扰动的作用下,样品的光谱信号将随之发生动态变化。通过数学处理能够发现样品在相变过程中微观结构的变化。以肉豆蔻酸为例,采用傅里叶红外光谱仪,在4 000～400 cm-1和30～100 ℃温度范围内对肉豆蔻酸进行一系列红外光谱实验。采用二维移动窗口（MW2D）红外光谱技术,对肉豆蔻酸中的CO和O—H键进行分析,发现MW2D测出的肉豆蔻酸熔点与传统的DSC测出的基本一致,且两种化学键显示的热数据具有良好的一致性和稳定性。对光谱数据进行2D-IR分析,结果表明,由于分辨率的提高,一维光谱中单一的重叠吸收峰对应着二维光谱中的多个吸收峰,根据2D-IR的理论知识,推测可能存在二聚体肉豆蔻酸构型向单聚体肉豆蔻酸构型转变的情况。从峰强度和温度的变化关系中发现,升温时CO键和O—H键存在三个变化过程,达到相变温度之前,CO吸收峰强度基本不变,O—H吸收峰强度逐渐下降,说明O—H键偶极矩的变化比CO键更易受温度影响;相变过程中,两者吸收峰强度都显著减弱且O—H吸收峰强度下降幅度更大;达到相变温度之后,可能因O—H形成的分子间氢键,受热导致由强变弱,O—H上的电子云移向CO,导致CO吸收峰强度增大、O—H吸收峰强度减小。同时,结合密度泛函理论,对二维红外光谱的推论进行理论验证,可知存在二聚体肉豆蔻酸向单聚体肉豆蔻酸的转化过程。     

高温下正十五烷的拉曼光谱研究

文章在金刚石压腔下研究了正十五烷从室温到350℃的拉曼光谱特征.结果表明:随着温度的升高,体系压力也在不断增大;CH3,CH2对称和反对称伸缩振动同时受到温度和压力的影响,但2种作用相反.由于压力效应大于温度效应,随温度压力的增大CH3,CH2对称和反对称伸缩振动的拉曼位移均向高频方向移动,说明C-H键键能在增大.另外,由于新物质的生成导致过强荧光产生而无法测出正十五烷的拉曼光谱,而且过强荧光出现的时间早晚与温度和压力有一定的关系.     

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。     

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。     

高温Raman光谱测试技术进展

高温Ｒａｍａｎ谱是现代揭示物质分子结构的主要手段之一。上海市钢铁冶金新技术开发应用到为能在高温下对冶金熔体等物质进行Ｒａｍａｎ光谱的测定。研究分析了国际上的各种测定高温Ｒａｍａｎ光谱的方法,实施了对ＪＹ Ｕ１０００型Ｒａｍａｎ光谱仪的改造,以及提出阱一步提高谱仪高温测定性能的方案。     

半三明治配合物的芳香性及其与环伸缩振动拉曼光谱频率的相关性

寻找实验上定量测定芳香性分子芳香性大小的方法是科学家一直追求的一个目标，应用拉曼光谱测量半三明治配合物芳香性大小是一项新的尝试。采用Gaussian09计算程序中的密度泛函理论(DFT)，对(η6-C₆X₆)和半三明治配合物[(η6-C₆X₆)M]n+(X=F～Br, M=Ti~Mn, n=1, 2)进行几何优化，并对其几何结构、静电引力、稳定化能ΔE、核独立化学位移(NICS)值及环伸缩振动拉曼光谱频率(RSVRSF)大小进行了理论计算。结果表明： 取代苯及其形成的半三明治配合物的NICS值均为负值，均为芳香性分子；取代苯及其半三明治配合物中均存在A_1g或A₁对称性的RSVRSF，且其峰强度均很大，其NICS绝对值、RSVRSF值均随着F，Cl，Br取代的顺序逐渐减小，均呈高度正相关，且相关性系数均达到0.99以上，理论预测可通过实验测定其RSVRSF值测定该类物质的芳香性大小。     

硼砂饱和溶液的差示FTIR光谱和Raman光谱分析

记录了硼砂饱和溶液的差示FTIR光谱和Raman光谱 ,分别对其FTIR吸收波数和Raman位移进行了归属。该溶液中硼的存在形式有H3 BO3 ,B(OH) -4,B3 O3 (OH) 2 -5,B4O5(OH) 2 -4等。提出了硼砂饱和溶液中硼氧配阴离子的存在形式及其与析出Na2 B4O7·10H2 O固相的关系。     

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。