太赫兹(Terahertz,THz)波是一段介于微波和红外线的电磁波,THz技术相关的应用可涉及到生物医学、材料科学和通讯技术等前沿交叉领域。太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术就是其应用典范之一,通过THz-TDS技术测得样品的各项光学参数,从而获取生物分子特有的结构信息和基团振动信息,是研究生物分子极其高效的工具。本文利用THz-TDS系统测量了嘌呤及其衍生物在室温条件下0.3～1.9 THz范围的THz吸收光谱,并对THz吸收光谱的振动特性和色散特性开展了详细的分析,主要研究内容概括如下:1.对嘌呤及其衍生物的实验样品进行了THz-TDS测量和THz吸收光谱的研究。测得各物质实验样品的THz时域光谱,采用傅里叶变换获取其频域谱,探究了各物质的THz吸收光谱。实验结果表明:随着嘌呤及其衍生物分子的原子数依次增加,THz光谱的特征吸收峰数目也有增加的趋势,并且都具有各自的指纹谱。由于同分异构体分子结构以及优化后稳定构型的不同,使得这两者的THz光谱的吸收特征也有显著的区别,THz吸收光谱可以反映嘌呤及其衍生物分子的构型构象变化。2.对嘌呤及其衍生物进行了理论模拟模型的构建及研究。探究了从已知晶体结构文件中抠取所需团簇模型的构建方案。应用固态密度泛函理论(DFT)对各分子的团簇结构进行了理论计算,并用理论计算结果对THz实验光谱的吸收现象进行了验证。理论计算结果表明:理论模拟方法DFT/B3LYP-D3结合分子团簇模型的理论计算结果能够较好地预测THz吸收光谱的各吸收峰,理论模拟谱线吸收峰的走向与THz实验光谱基本一致。理论模拟采用的孤立团簇模型与物质的晶体结构环境相比还有一定的差距,使得THz实验光谱中某些吸收峰并未在理论谱线中复现。3.对嘌呤及其衍生物的THz吸收光谱的振动特性进行了研究。运用势能分布分析(PED)方法和团簇分子振动矢量图,对理论计算光谱的特征吸收峰的简正振动模式进行了指认与解析。PED分析结果表明:互为同分异构体的次黄嘌呤和别嘌醇团簇体系振动方式存在较大差异,次黄嘌呤团簇所有的振动模式均为二面角扭转,别嘌醇团簇的振动模式除了二面角扭转外,还有键角弯曲振动。嘌呤、别嘌醇团簇分子所有的振动模式所涉及的原子种类,为除了氧原子以外的碳氮氢原子有关的键角弯曲、二面角扭转等四种振动;而尿酸、次黄嘌呤和尿囊素团簇分子所有的振动模式表现为涉及碳氢氧氮元素有关原子的键长伸缩、二面角扭转等三种振动。4.对嘌呤及其衍生物的THz吸收光谱的色散特性进行了研究。选用基于分子力场的能量分解分析(EDA-FF)方法对各物质团簇结构的弱相互作用成份进行了定性分析与原子着色图可视化。EDA-FF分析结果表明:静电相互作用为次黄嘌呤和别嘌醇团簇体系总的相互作用能提供了首要的贡献,色散作用的贡献为其次,并且别嘌醇体系内氢键数目为次黄嘌呤体系的两倍;与之相反的是,色散作用为嘌呤、尿酸和尿囊素体系总的相互作用能提供的贡献比静电相互作用多,尿酸较嘌呤体系有更多的氧原子,从而形成了更多的氢键。色散作用可视化分析表明:各物质团簇体系的色散作用,基本都体现在与氢键直接作用的供体与受体原子上。以上研究成果为THz-TDS技术结合DFT和EDA-FF分析方法进一步探究物质结构、分子间非键相互作用提供了新的思路。