手性物質(zhì)和糖類物質(zhì)的THz時(shí)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(xué)向微觀光子學(xué)的過(guò)渡區(qū)間，其波長(zhǎng)位于微波和紅外線之間，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。太赫茲時(shí)域光譜（THz time-domain spectroscopy,THz-TDS）技術(shù)是利用超快激光技術(shù)對(duì)物質(zhì)太赫茲波段光譜信息進(jìn)行檢測(cè)的有效手段，它信噪比較高，且單個(gè)脈沖所包含的頻帶較寬，可對(duì)物質(zhì)構(gòu)成以及其結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化進(jìn)行有效的檢測(cè)和識(shí)別。本文利用THz-TDS技術(shù)

2、以典型手性物質(zhì)和糖類物質(zhì)為研究對(duì)象，對(duì)酒石酸三種手性異構(gòu)體和兩種典型糖類物質(zhì)進(jìn)行了光譜測(cè)量，獲得它們?cè)赥Hz波段的吸收光譜，并利用量子化學(xué)軟件對(duì)其吸收譜進(jìn)行理論模擬計(jì)算，通過(guò)對(duì)比理論模擬計(jì)算的光譜和實(shí)驗(yàn)所測(cè)光譜，詳細(xì)分析了它們的特征吸收譜，并對(duì)特征吸收峰的振動(dòng)模式進(jìn)行指認(rèn)，這種有效的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法和可靠的理論模擬手段為研究其他物質(zhì)提供了參考。
　　論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　（1）簡(jiǎn)要介紹了THz波的特點(diǎn)以及相關(guān)應(yīng)用的

3、研究進(jìn)展；介紹了手性物質(zhì)和糖類物質(zhì)研究的必要性，同時(shí)概述了它們?cè)赥Hz波段的研究狀況；對(duì)THz-TDS系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括THz波的產(chǎn)生和探測(cè)方法，系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及兩種典型THz-TDS的光路和工作原理；詳細(xì)闡述了實(shí)驗(yàn)樣本制備過(guò)程以及注意事項(xiàng)；并對(duì)樣本參數(shù)提取的理論過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的解析。
　?。?）利用THz-TDS技術(shù)對(duì)手性物質(zhì)（D-、L-、DL-酒石酸）和糖類物質(zhì)（葡萄糖和乳糖）進(jìn)行THz光譜分析，研究發(fā)現(xiàn)各個(gè)

4、物質(zhì)之間的吸收光譜表現(xiàn)出各自不同的吸收特征，說(shuō)明THz-TDS技術(shù)對(duì)于該類物質(zhì)之間的細(xì)微差別非常敏感，在手性物質(zhì)和糖類物質(zhì)鑒別領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用價(jià)值。
　　（3）目前大多數(shù)學(xué)者都在研究利用THz-TDS技術(shù)辨別物質(zhì)之間的差異，但是在研究物質(zhì)共性方面，卻很少有人涉及。本文通過(guò)對(duì)酒石酸三種異構(gòu)體的吸收光譜進(jìn)行對(duì)比和分析，發(fā)現(xiàn)酒石酸異構(gòu)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(gè)異構(gòu)

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(gè)異構(gòu)體都有自己獨(dú)特的吸收峰，說(shuō)明酒石酸的異構(gòu)體之間存在微小的差別。研究結(jié)果表明，THz-TDS技術(shù)不僅可以用于鑒別物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差異，還可以表現(xiàn)出它們之間的共性。
　?。?）通過(guò)對(duì)比分析葡萄糖和乳糖的吸收光譜，發(fā)現(xiàn)在所測(cè)波段內(nèi)葡萄糖的吸收峰個(gè)數(shù)比乳糖的吸收峰少，由于乳糖的分子結(jié)構(gòu)比葡萄糖復(fù)雜，說(shuō)明糖類物質(zhì)之間分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其分子內(nèi)和分子間相互作用的振動(dòng)模式就會(huì)越

6、復(fù)雜，利用THz-TDS技術(shù)可以得到分子內(nèi)和分子間更多的振動(dòng)信息。
　　（5）為深入研究手性物質(zhì)和糖類物質(zhì)實(shí)驗(yàn)光譜的理論機(jī)制，本文利用量子化學(xué)計(jì)算軟件對(duì)該類物質(zhì)在 THz波段內(nèi)的吸收光譜進(jìn)行理論模擬計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)理論模擬計(jì)算得到的光譜其吸收峰位和實(shí)驗(yàn)光譜的吸收峰位基本吻合，使用Gauss View動(dòng)態(tài)可視功能結(jié)合理論模擬計(jì)算的結(jié)果，對(duì)該類物質(zhì)在THz波段的吸收峰振動(dòng)模式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)太赫茲波段的吸收峰即與分子內(nèi)振動(dòng)模式相關(guān)，又與分