手性物質和糖類物質的THz時域光譜研究.pdf

1、太赫茲（terahertz,THz）波是電磁波譜中一段特殊的頻段，處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡區(qū)間，其波長位于微波和紅外線之間，具有重要的學術價值和應用價值。太赫茲時域光譜（THz time-domain spectroscopy,THz-TDS）技術是利用超快激光技術對物質太赫茲波段光譜信息進行檢測的有效手段，它信噪比較高，且單個脈沖所包含的頻帶較寬，可對物質構成以及其結構的細微變化進行有效的檢測和識別。本文利用THz-TDS技術

2、以典型手性物質和糖類物質為研究對象，對酒石酸三種手性異構體和兩種典型糖類物質進行了光譜測量，獲得它們在THz波段的吸收光譜，并利用量子化學軟件對其吸收譜進行理論模擬計算，通過對比理論模擬計算的光譜和實驗所測光譜，詳細分析了它們的特征吸收譜，并對特征吸收峰的振動模式進行指認，這種有效的實驗測量方法和可靠的理論模擬手段為研究其他物質提供了參考。
　　論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　?。?）簡要介紹了THz波的特點以及相關應用的

3、研究進展；介紹了手性物質和糖類物質研究的必要性，同時概述了它們在THz波段的研究狀況；對THz-TDS系統(tǒng)進行了詳細的介紹，包括THz波的產(chǎn)生和探測方法，系統(tǒng)的主要結構和特點，以及兩種典型THz-TDS的光路和工作原理；詳細闡述了實驗樣本制備過程以及注意事項；并對樣本參數(shù)提取的理論過程進行了詳細的解析。
　　（2）利用THz-TDS技術對手性物質（D-、L-、DL-酒石酸）和糖類物質（葡萄糖和乳糖）進行THz光譜分析，研究發(fā)現(xiàn)各個

4、物質之間的吸收光譜表現(xiàn)出各自不同的吸收特征，說明THz-TDS技術對于該類物質之間的細微差別非常敏感，在手性物質和糖類物質鑒別領域將有廣闊的應用價值。
　　（3）目前大多數(shù)學者都在研究利用THz-TDS技術辨別物質之間的差異，但是在研究物質共性方面，卻很少有人涉及。本文通過對酒石酸三種異構體的吸收光譜進行對比和分析，發(fā)現(xiàn)酒石酸異構體的吸收光譜既有共性又有差異，共性是D-、L-酒石酸在1.08THz處有明顯相似的吸收峰，而且三個異構

5、體在1.64，1.79THz附近都存在比較接近的吸收峰；差異是各個異構體都有自己獨特的吸收峰，說明酒石酸的異構體之間存在微小的差別。研究結果表明，THz-TDS技術不僅可以用于鑒別物質結構上的細微差異，還可以表現(xiàn)出它們之間的共性。
　?。?）通過對比分析葡萄糖和乳糖的吸收光譜，發(fā)現(xiàn)在所測波段內(nèi)葡萄糖的吸收峰個數(shù)比乳糖的吸收峰少，由于乳糖的分子結構比葡萄糖復雜，說明糖類物質之間分子結構越復雜，其分子內(nèi)和分子間相互作用的振動模式就會越

6、復雜，利用THz-TDS技術可以得到分子內(nèi)和分子間更多的振動信息。
　?。?）為深入研究手性物質和糖類物質實驗光譜的理論機制，本文利用量子化學計算軟件對該類物質在 THz波段內(nèi)的吸收光譜進行理論模擬計算，研究發(fā)現(xiàn)理論模擬計算得到的光譜其吸收峰位和實驗光譜的吸收峰位基本吻合，使用Gauss View動態(tài)可視功能結合理論模擬計算的結果，對該類物質在THz波段的吸收峰振動模式進行分析，發(fā)現(xiàn)太赫茲波段的吸收峰即與分子內(nèi)振動模式相關，又與分