葡萄糖同分异构体太赫兹波谱研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lxhldc
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太赫兹波是指频段在0.1THz-10THz,波长在0.03mm-3mm(波数为3.33cm-1-333.33cm-1)之间的电磁波,位于微波和红外之间。目前,对有机分子的鉴别主要采用红外光谱法,但是红外光谱法适用的能级较高,对于检测低能级的分子间或者分子内的作用并不适用。太赫兹波能检测到较低能级的跃迁,对分子弱相互作用(如分子内氢键和分子间氢键)、分子间的伸缩振动和弯曲以及分子振动等的变化更为敏感,因此利用太赫兹时域光谱技术可以鉴别分子结构差异很小的物质,对于有机分子鉴别是一种重要的补充手段。太赫兹波波长较长,光子能量较低,不会对被检测物质产生有害的光致电离,从而可以实现对被测物质的无损检测。许多物质在物理外观,比如颜色、气味、形状等比较接近,通常难以通过人眼辨别,但是用途又各自不同,比如葡萄糖等糖类物质。基于此,本文利用太赫兹时域光谱中的透射法并结合了太赫兹波谱相关分析理论对四种物质的太赫兹谱进行研究。基于量子化学相关理论对四种物质的振动进行了计算,然后选择了太赫兹时域光谱中的透射法获得了四种分子的吸收谱。透射法是太赫兹物质检测中一种常用的方法,该方法通过测量透过被测样品的太赫兹信号来获取所需的参数。透射法中一个较重要的问题就是样品厚度的选择,可以利用某种物质已知或初步测量的吸收系数结合相关公式对厚度进行计算。在利用透射法测量并分析了在0.1THz-2.0THz之间α-D-葡萄糖,β-D-葡萄糖,D-甘露糖和D-半乳糖及其不同浓度溶液的吸收光谱之后,发现吸收峰的形成主要来自于分子内作用。本文提出在0.1THz-2.0THz的频率范围内,四种物质的吸收峰主要由分子内氢键产生的观点,并且吸收峰频率主要由分子内氢键网络强度决定;从分子空间结构和分子间弱相互作用(场效应)出发,解释了α-D-葡萄糖、β-D-葡萄糖吸收峰频率的差异。结果证明由于太赫兹波对分子结构十分敏感,同分异构体结构之间微弱的差异在太赫兹波吸收谱中表现出明显的不同,可以实现对这四种同分异构体物质的鉴别。
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