论文部分内容阅读
太赫兹（THz）波是指频率在0.1~10THz范围内的电磁波（1THz=1012Hz），太赫兹辐射在电磁波谱上位于微波和中红外波之间，属于远红外波段，所以有时又称远红外波。THz波能量非常低，一般不会对物质造成损伤，另外还具有穿透性、指纹性等特征，分子的THz光谱反映了分子内和分子间的作用，前者包括分子和基团的平动和转动等，后者包括微弱的氢键作用以及范德华力等。物质在THz波段的指纹吸收谱是这些物质独一无二的吸收特性的反映，可用于物质的识别。THz-TDS系统可同时得到太赫兹脉冲的振幅和相位信息，因此不需要像红外那样进行Kramers-Kronig关系分析才能获得样品的光学参数。近年来，国内外很多学者都应用THz-TDS技术对多种物质进行了在THz波段光学参数的研究，但是与其他成熟的光谱研究相比，THz光谱在实验数据分析和理论解析方面，还很不成熟，寻找合适的理论模拟软件和方法，对完善地解释THz光谱的形成机理具有重要的意义。本文基于透射式的太赫兹时域光谱系统和量子化学理论，从实验和理论上对除草剂的THz光谱进行研究。本文主要工作和创新点总结如下：（1）首先阐述了本论文的课题背景、研究目的和意义；其次，介绍了太赫兹波相关内容：太赫兹波的产生和探测方法、性质、理论机理、振动模式；此外，详细介绍了透射型太赫兹时域光谱技术及其相关的样品制备、实验步骤、数据处理基本原理等；最后，量子化学方法、量子化学计算的步骤，实验与理论部分的研究方案与技术路线。（2）通过透射式的太赫兹时域光谱系统测得12种除草剂的THz波段的吸收系数和折射率。它们在其有效波段内的光谱有很大差异，表现为有无吸收峰，吸收峰的个数、位置，折射率的变化规律等。实验研究结果可用于建立除草剂太赫兹光谱指纹数据库，也为后面章节解析除草剂太赫兹光谱提供了依据。（3）分别应用Gaussian03量子化学软件和DMol3程序对除草剂的单分子模型进行了深入分析，研究表明对于某些个别固体除草剂，采用Gaussian03或DMol3的单分子模型可获得比较可靠的预测谱；对于大部分固体除草剂，它们的单分子模型模拟出的吸收峰的个数一般比实验少，且模拟出的吸收峰的位置与实验存在一定差异。另外比较了软件Gaussian03中在B3LYP方法下基组6-31G(d)和6-311G(d)的差异，并对除草醚光谱的振动模式进行了指认。（4）为克服单分子模型模拟晶态除草剂的局限性，分别应用CRYSTAL09软件包和DMol3程序对除草剂的晶态模型进行了深入研究。研究表明对于几乎所有的晶态除草剂，采用晶态模型可获得非常可靠的理论谱，吸收峰的个数和位置与实验一致；另外比较了CRYSTAL09软件和DMol3程序在固态模拟方面的优略，并对绿麦隆和灭草松的振动模式进行了指认。论文最后对除草剂在太赫兹时域光谱研究中需要进一步研究与改进的问题进行了讨论。