开链分子集体振动的分子结构与特征太赫兹频谱响应的相关性研究

物质太赫兹频谱的模拟与解析是太赫兹技术发展的重要内容，但是目前对物质的太赫兹频谱的模拟和解析还处于初步探索阶段。太赫兹辐射的独特性、物质的太赫兹频谱与分子结构的密切相关和高度敏感以及太赫兹实验探测技术的发展等多种因素都制约着太赫兹频谱学的发展。目前，国内外对分子结构与太赫兹特征频谱的关联规律的研究还少有报道。本项目以一系列有序分子结构排布的开链氨基酸和多肽作为研究对象，结合理论模拟和实验探测结果，分析和探索开链分子参与集体振动的分子集体结构参数与太赫兹特征频谱响应的关联性问题，建立理论模型，揭示集体振动模式中物质分子集体结构参数与太赫兹特征频谱响应之间的关联规律，为物质太赫兹频谱的解析和预测提供一种新思路，这对光谱学和太赫兹技术的发展有重要的理论和应用价值。

本项目利用XRD衍射仪、THz-TDS和FTIR等设备对甘氨酸、丙氨酸等氨基酸二肽及多肽的分子结构和远红外太赫兹光谱进行了探测。同时结合理论模拟方法，对样品的分子结构参数、构象和低频振动频谱进行了理论模拟和解析。此外，本项目中还研究了不同温度下样品的频谱变化规律，并对部分特征频谱与结构的相关性和规律进行了分析和探讨。.主要研究进展有以下几方面：.一、分别研究了气态中性甘氨酸和固态两性离子形式的甘氨酸及甘氨酸多肽的低频振动频谱。.（1）发现了三种气态甘氨酸的稳定构象，验证了GlyⅡ构象在气态甘氨酸中所占比例最高，最稳定。对应同一个特征振动频率的振动模式可能来自不同构象且不相同，而不同的特征峰也可能对应着不同比例的相同振动组合成分。（2）两性离子形式的甘氨酸低频集体振动频谱受到分子间相互作用的严重影响。理论模拟结果表明，随着分子数的增多，振动频谱逐渐向低频延展，而且强度逐渐增强。理论模拟与实验探测相结合，可以帮助我们确定哪些振动频率是由分子间相互作用决定，哪些主要由分子内相互作用决定的。（3）甘氨酸及多肽含有某些与肽键相关的特征频谱，可以作为判断肽键和多肽形成的一个判据。.二、分析了丙氨酸及多肽的结晶情况，并对丙氨酸及多肽的远红外分段进行多手段探测，同时利用理论模拟方法进行解析。研究结果表明：.（1）聚合成多肽的丙氨酸随着分子数增多，结晶度有下降的趋势。（2）分子中特征基团的增加，反映为特征峰的偏移，强度增加等。说明随着分子数的增多，振动能量从局域的振动逐渐向分子的集体振动和骨架振动转移，强振动的位置发生了偏移。（3）在太赫兹波段，由于分子内和分子间氢键的出现，导致分子的局域振动更多地受到临近和多肽分子的相似基团的耦合作用而导致振动频谱的位置和强度的变化，并表现出一定的规律性。.三、利用THz-TDS对左旋和右旋盐酸麻黄碱和它们的混合物从 0.5～1.8 THz进行了无损探测和分析，获得了室温下样品的吸收谱和折射率谱，解析了它们的特征峰。实现了利用太赫兹频谱技术对旋光性物质的频谱结构解析、成分鉴定和组分含量分析。.四、利用FTIR对丙氨酸、甘氨酸及多肽等多种样品在5K-305K的远红外频谱进行了探测，发现氨基酸及多肽分子的远红外低频振动频谱，随着温度的升高，其振动强度逐渐减弱。高频特征频谱峰位没有明显的红移，而低频频谱则有红移现象。