苯并咪唑类的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪采集了三种苯并咪唑类农药(多菌灵、噻菌灵和苯菌灵)的拉曼光谱。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d, p)基组对三种苯并咪唑类农药分子进行结构优化和拉曼光谱振动频率计算。结果表明,理论计算得到的振动频率值与实验测得值吻合较好。对三种苯并咪唑类农药分子在200～3 500 cm-1范围内的振动模式进行归属,找到了苯并咪唑类分子的3个特征峰,分别位于1 015, 1 265 cm-1和1 595 cm-1附近;对比分析三种农药拉曼光谱的差异性,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果可为苯并咪唑类农药的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中苯并咪唑类农药残留的快速检测研究。     

有机磷类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

有机磷类农药常被用于防治植物病、虫、害,但对人、畜的急性毒性很强,能抑制乙酰胆碱酯酶。三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)的分子构型用GaussView3.07构造,理论计算采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)的B3LYP/6-31G(d, p)基组,并将实验拉曼光谱、理论计算拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)进行比较。结果表明,三种有机磷类农药分子的实验值与理论方法计算值具有很好的匹配性,并对三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)在400～1 800 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了这三种有机磷类农药的特征峰。有机磷类农药分子的振动峰中会出现相近的波数,PO基团引起的波数在1 140～1 320 cm-1之间,PS的伸缩振动的谱带在535～750 cm-1范围,含有P—O—C基团的有机磷类农药在920～1 088 cm-1范围产生一个谱带。对比分析三种农药的实验拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,找到了这三种有机磷农药分子各自主要的表面增强拉曼特征峰,这些表明利用SERS技术可以用来鉴定有机磷农药。研究结果为有机磷农药的定性定量分析提供了理论基础。     

双酚A和双酚A二缩水甘油醚振动谱的理论和实验比较分析

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究双酚A(BPA)和双酚A二缩水甘油醚(EDGEBA)分子的结构和振动性质,分析了两种分子红外活性和拉曼活性特征振动的频率和对称性。计算结果表明,BPA分子的拉曼散射峰基本归属于对位取代苯的骨架振动,500~1600cm-1红外强度较强;对于DGEBA分子环氧基团指纹区的特征振动频率为860,930,1123,1260cm-1,其红外光谱强度较大,可用于DGEBA类树脂固化反应过程监控;1260cm1附近的振动模,其拉曼散射强度较高,可成为拉曼光谱研究固化反应过程的特征振动。而1160cm-1附近的振动属于芳香环的特征振动,强度基本不变。     

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。     

1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐离子液体的结构及振动光谱研究

本文以中、远红外光谱(4000¹00cm-1)、拉曼光谱(3500100cm-1)、拉曼光谱(3500¹00cm-1)与密度泛函理论计算相结合的方法,研究了1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐的稳定结构与振动频率。在实验测定样品红外与拉曼光谱的基础上,对该分子的振动频率进行了详细归属。     

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。     

邻苯二甲酸酐分子振动光谱的实验和理论研究

分别在3500~100和3500~500cm-1范围内测量了邻苯二甲酸酐分子的拉曼和红外实验光谱,同时利用密度泛函理论中的B3LYP混合泛函方法和6-311G(d,p)基函数组,计算了该分子的平衡构型和振动频率,及其拉曼和红外光谱强度,结果表明:理论计算和实验结果较好的符合。最后采用简正振动分析方法得到了各振动模的能量分布,从而对该分子的振动频率归属做出了全面指认。     

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。     

3,4-二氯-1,2,5-噻二唑的结构及其振动光谱

实验测量了3,4-二氯-1,2,5-噻二唑分子4000～400 cm-1区域内的红外光谱和3700～100 cm-1范围内的拉曼光谱,使用密度泛函理论计算了分子的稳定结构和振动频率.以实验测定频率为标准采用简正振动分析方法得到了各振动谱带的总能量分布,从而对该分子的振动频率做出了全面归属.     

基于拉曼光谱实验与密度泛函理论的宝石级红珊瑚拉曼谱峰归属研究

红珊瑚是一种珍贵的有机宝石,自古以来因其红润的颜色与细腻的质地深受人们的喜爱与追捧。颜色漂亮的天然红珊瑚产量稀少,故有些红珊瑚会经过染色处理来改善其外观。拉曼光谱测试是鉴定红珊瑚有无经过染色处理的有力手段,故红珊瑚拉曼谱峰的归属对于鉴定有着重要的理论指导意义。由于红珊瑚拉曼峰的归属问题一直没有被深入研究,基于此,该研究测试了三颗颜色深浅不同的红珊瑚（Corallium rubrum）的拉曼光谱。同时,使用量子化学程序Gaussian 16运用密度泛函理论计算了红珊瑚中色素分子角黄素的理论拉曼光谱。创新性对比红珊瑚的实验拉曼光谱与角黄素分子的理论拉曼光谱,并进一步分析红珊瑚拉曼峰的归属。结果发现,红珊瑚的拉曼光谱中主要有1 514,1 295,1 177,1 125,1 086和1 016 cm-1拉曼峰,其中1 086 cm-1处的拉曼峰是方解石的CO2-₃引起的。红珊瑚的红色越深,1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1拉曼峰的强度越强,反之,红珊瑚的红色越浅,这些拉曼峰的强度越弱。红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰强与红珊瑚的红色深浅呈现出正相关的关系,故推测这套拉曼峰是由红珊瑚中的色素产生的。角黄素理论拉曼光谱中主要存在的拉曼峰位于1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1处,与红珊瑚实验拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰的形状位置高度吻合。振动分析结果表明,角黄素的1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1拉曼峰分别是由CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动引起的。因此将红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰归属为CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动。使用密度泛函理论的计算方法研究了红珊瑚拉曼谱峰的归属并对红珊瑚的拉曼谱峰进行了指认,为使用拉曼光谱鉴定红珊瑚提供了理论基础。同时为研究这类生物宝石材料拉曼谱峰的归属提供了一种新的方法。     

基于拉曼光谱的大豆细菌性病害标志物研究

大豆在生长过程中因病害影响其产量会急剧下降,如果不及时判别出病害种类,喷洒相关农药,病害严重的大豆甚至会绝产.及时判别病害种类进行合理施药,阻止病害进一步发展是保证大豆安全生产的重要环节.目前,基于大豆植株细菌性病害的病原菌鉴定和聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)的鉴定方法,最...     

路易氏剂红外吸收截面积的测定与光谱模拟

采用长程傅里叶红外光谱仪在600～1 600 cm-1波段内对不同浓度路易氏剂-1的气相红外透射光谱进行了测量,其特征频率为814,930,1 563 cm-1;并运用比尔-朗伯定律计算了对应特征频率的红外吸收截面积σ值,依次为3.89±0.01, 1.43±0.06, 4.47±0.05(×10-20 cm2·molecule-1)。路易氏剂-1测量光谱在1 158和1 288 cm-1处也有微弱的吸收峰。利用Gaussian09软件包中的密度泛函理论对系列路易氏剂的红外光谱进行理论模拟,其稳定构型和振动频率在b3lyp/6-311+g(d,p)水平上计算。并利用可视化软件Gaussview5.08对各频率的振动模式进行归属。理论计算的红外光谱和实测光谱在600～1 600 cm-1波段内非常吻合,特征频率的相关系数为0.999 1。计算光谱还发现了0～600 cm-1波段内与砷原子有关的振动频率,为293,360和374 cm-1。用最小二乘法处理试验和计算结果中的特征频率,得到了适合路易氏剂-1的红外光谱频率矫正因子为0.977。利用该矫正因子对路易氏剂-1,路易氏剂-2,路易氏剂-3的红外光谱计算频率进行矫正。结果表明获得的路易氏剂理论红外吸收光谱可为该系列化合物的结构性质预测和远程红外光谱监测等提供参考。     

噻菌灵农药的表面增强拉曼光谱分析

利用表面增强拉曼光谱技术(SERS)分析噻菌灵农药的拉曼特征峰。采用微波法制备银溶胶表面增强基底,利用激光显微共焦拉曼光谱仪分别采集514.5和785 nm激发波长下的噻菌灵农药拉曼光谱,解析不同激发波长下的拉曼特征峰并进行比较。结果表明：不同激发波长下噻菌灵的拉曼峰强度和拉曼频移差异较大,514.5 nm激发波长下的782和1 012 cm-1最强,是C—H变形振动较强特征峰,而785 nm激发波长下的1 284,1 450和1 592 cm-1最强,是环振动和CN伸缩振动较强特征峰。对比分析各个激发波长下噻菌灵的SERS谱图,找到了噻菌灵农药的5个较强特征拉曼峰：782,1 012,1 284,1 450和1 592 cm-1。这些特征峰可作为食品及农产品中噻菌灵农药残留定性定量判别的依据。     

脐橙表皮两种混合农药残留的表面增强拉曼光谱定量检测

针对水果生产中的农药残留问题,利用表面增强拉曼光谱技术(SERS),把害虫防治使用较多的有机磷农药亚胺硫磷与毒死蜱作为研究对象,探索性研究了将金胶用作增强基底检测以脐橙为载体的混合农药残留快速检测。采集混合农药样品的SERS光谱,通过对比农药的特征峰可以对混合农药进行定性分析。同时利用化学计量学方法,建立混合农药的定量数学模型,并通过对比不同的预处理方法和建模波段对混合农药样品拉曼光谱的处理结果,选择出最优预处理方法与算法的组合。在拉曼光谱范围200～2 300 cm-1内,利用PLS算法处理经一阶微分预处理后的光谱数据,建立的脐橙表皮混合农药残留回归模型效果较好,预测相关系数(R_p)为0.912,预测均方根误差(RMSEP)为3.601 mg·L-1。经过波段筛选后并对光谱处理结果对比,发现光谱在200～620,830～1 040及1 250～2 300 cm-1范围内,利用PLS算法处理经一阶微分预处理后的光谱数据,建立的回归模型效果较好,R_p为0.909,RMSEP为3.338 mg·L-1。研究表明使用SERS技术,可以对脐橙表皮上残留的混合农药进行定性与定量的分析。     

表面增强拉曼光谱法快速检测猪肉中左旋咪唑残留

左旋咪唑是一种广谱抗虫药,被广泛应用于抗猪、牛等牲畜体内的线虫。同时左旋咪唑具有特殊的免疫调节作用,在动物养殖中常用于抗菌消炎、抗病毒、促生长等方面。当其被不合理使用时容易在禽畜肉中产生残留,目前常见的左旋咪唑检测方法为液相色谱法与气相色谱法,该类方法具有操作复杂、耗时长、成本高等缺点。表面增强拉曼光谱法具有分析速度快、检测灵敏度高和特异性好等优点,近年来被广泛应用于农残、兽残等物质的快速检测。为实现猪肉中左旋咪唑残留的快速检测,建立了一种猪肉中左旋咪唑残留的表面增强拉曼光谱快速检测方法。通过单因素实验,确定了金胶与样品溶液最佳体积比和最适积分时间分别为2∶1与20 s。通过比较不同萃取方法与萃取溶剂对猪肉中左旋咪唑盐酸盐残留量的提取效果,确定了正己烷液液萃取后离心、取上清液氮吹复溶的操作简单、耗时短的提取条件。通过密度泛函理论中B3LYP/6-311+G(d)基组对左旋咪唑盐酸盐理论光谱进行计算,在优化分子结构后进行频率与拉曼光谱计算,所得理论计算光谱与固体光谱、溶液光谱出峰情况具有较好的一致性。根据理论计算光谱、固体光谱与溶液光谱确定左旋咪唑盐酸盐的SERS特征峰并进行振动归属,得到469,627和969 cm-1处特征峰作为左旋咪唑盐酸盐的定量特征峰,其中469 cm-1为C—S键伸缩振动,627 cm-1为苯环C—C弯曲变形振动,969 cm-1为咪唑环面内弯曲和侧链骨架振动。在最佳实验条件下,建立了左旋咪唑盐酸盐标准溶液特征峰SERS信号与浓度的标准曲线,线性方程R2值均在0.9以上。对不同加标浓度的实际样品进行检测,得到平均回收率为80.39%~95.94%,RSD值为3.08%~6.20%。该法操作简便、稳定性好,无需对样品进行复杂的预处理即可实现对猪肉中左旋咪唑残留的快速准确测定。     

多菌灵农药的激光拉曼光谱分析

实验采集多菌灵农药的固体和液体拉曼光谱信号,对固体的原始拉曼光谱信号进行小波去噪预处理,利用正交试验方法筛选小波去噪参数的最优组合。结果表明,采用db2小波基函数、分解层数为2、阈值方案选择为rigrsure、重调方式为sln时,去噪效果最好,信噪比为62.483。根据不同官能团的振动模式,对去噪后的拉曼光谱分3个波数段(1 400～2 000,700～1 400,200～700 cm-1)进行谱峰归属和分析,得到了多菌灵农药分子在不同波数范围内的特征振动模式,其中,在619,725,964,1 022,1 265,1 274和1 478 cm-1处的拉曼信号较强,可作为固体多菌灵农药的特征峰。从多菌灵农药的液体拉曼光谱中,找到了629,727,1 001,1 219,1 258和1 365 cm-1特征峰,这些特征峰跟固体多菌灵农药的特征峰基本吻合。研究结果可为拉曼光谱分析技术在食品及农产品中农药残留的快速筛选提供判别依据。     

蜂蜜中乐果农药残留的表面增强拉曼光谱定量分析

应用表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术,结合线性回归算法,开展蜂蜜乐果中农药残留快速定量分析方法研究。含乐果农药残留的益母草蜂蜜样品30个作为被测对象,划分成建模集(20个)和预测集(10个)。采用具有规则倒四角锥体结构的Klarite基底作为增强基底,提高特征拉曼位移峰的相对强度。通过含乐果农药残留蜂蜜样品的SERS光谱与乐果标准品的常规拉曼光谱间的对比分析,找到了蜂蜜中乐果农药残留对应的四个特征拉曼位移峰867,1 065,1 317和1 453 cm-1。采用线性回归方法,建立了蜂蜜中乐果农药残留对应的四个特征拉曼位移峰强与乐果浓度间的线性回归模型。10个未参与建模的预测集样品,评价了模型的预测能力。经比较,采用867 cm-1处特征拉曼位移峰强建立的线性回归模型预测结果最优,模型预测相关系数为0.984,预测均方根误差为0.663 ppm。检测限达到2 ppm,接近我国农药残留最大限量标准的检测限。实验结果表明采用表面增强拉曼光谱技术结合线性回归算法实现蜂蜜中乐果农药残留的快速定量分析是可行的。可为其他农产品的农药残留快速定量分析提供参考依据。