盐酸吗啡的太赫兹光谱和理论仿真分析

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术测量了盐酸吗啡原料药、4种辅料、中间体、成药在0.2~2 THz波段的光谱。盐酸吗啡原料药特征吸收峰为0.75 THz,1.17 THz,1.76 THz,原料药到成药的THz光谱发生了改变,中间体和成药的吸收谱有非常高的一致性,说明包衣对成药的THz光谱没有显著影响。采用密度泛函理论(DFT)对盐酸吗啡分子进行理论计算,理论吸收峰为0.84 THz,1.10 THz,1.50 THz,理论光谱与实测光谱有较好的一致性。这为太赫兹技术用于药物的快速鉴别提供了理论和实验基础,在建立太赫兹指纹光谱、盐酸吗啡的快速鉴别方面有良好的应用前景。     

FOX-7太赫兹波吸收特性及理论计算

为了研究新型高能钝感材料1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的分子结构特性,采用太赫兹时域光谱技术对FOX-7在0.2~2.3 THz波谱范围内的吸收光谱进行了探测,得到了待测样品的太赫兹吸收谱线,确定了其特征吸收峰的位置.基于密度泛函理论(DFT)对FOX-7单分子和晶体结构在小于2.4 THz范围内的吸收光谱进行了模拟计算,结果表明分子间相互作用对FOX-7吸收峰的形成起到很大的作用.完成了对实验光谱中特征吸收峰振动模式的分析和指认:1.59 THz处吸收峰的光谱特征主要由―NO2和―NH2的摆动造成,2.12 THz 处吸收峰光谱特征的产生包含―NO2和―NH2的摆动以及各自的扭动.     

低温下手性糖类的太赫兹吸收光谱和手性光谱

糖类是典型的手性物质,其在太赫兹波段的手性光谱尚未得到充分研究。本文研究了乳糖、半乳糖、葡萄糖3种糖类在低温和常温下的折射率和吸收谱,并通过太赫兹时域偏振光谱检测,获得了这些样品的手性光谱。实验结果显示,糖类吸收会随着温度降低而减弱,低温下有利于获得样品的手性特征;在80 K温度下,葡萄糖在1.3~1.5 THz频段表现出很强的圆二色性(CD),在1.39 THz处CD谱峰值达到44.97%;在1.6~1.8 THz频段内,3种糖类都具有特定的手性特征峰,CD值均超过20%。研究结果对进一步认识手性生化样品在太赫兹波段的手性光谱及其内在机制具有重要参考价值。     

维甲酸和叶酸的太赫兹光谱

利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）在室温下对两种抗肿瘤维生素类药物维甲酸和叶酸在0.2～1.8 THz范围内进行了光谱测量,得到对应的吸收谱和折射率谱,发现叶酸和维甲酸在太赫兹波段都有明显的特征吸收峰,可作为其在太赫兹波段的指纹谱用于药物分子识别。同时,采用Gaussian03软件进行了单分子的密度泛函理论模拟,模拟中采用B3LYP结合高斯型基组6～31 G（d,p）,理论计算与实验结果基本吻合。另外,采用Gaussian-View3.0对叶酸和维甲酸在THz波段的特征吸收峰进行了指认。结果证明:利用太赫兹光谱技术结合密度泛函理论模拟对两种抗肿瘤维生素类药物分子识别及其新药研制具有一定的参考意义。     

基于小波变换的爆炸物太赫兹光谱降噪分析

采用太赫兹时域光谱技术(terahenz time-domain spectroscopy,THz-TDs)对钝感RDX(黑索金)和HMX(奥克托金)炸药在0～2.5 THz频段的太赫兹吸收光谱进行了探测.得到了待测样晶的太赫兹吸收光谱,确定了其特征吸收峰的位置,与其他研究机构所测吸收谱进行了对比分析.结果表明,利用太...     

丁基羟基茴香醚的太赫兹时域光谱检测与分析

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对食品添加剂丁基羟基茴香醚（BHA）及其与聚乙烯不同配比的混合物进行了检测,获得了其在0.2-2.6THz波段的吸收谱和折射率谱。实验结果表明,在此波段内该物质有三个明显的吸收峰,分别位于0.64THz,1.14THz和1.81THz,该指纹谱可用于THz波段该物质的检测与识别。此外,利用最小二乘法对混合物太赫兹光谱峰位的吸收系数和质量分数进行线性拟合,结果表明聚乙烯中丁基羟基茴香醚的含量与太赫兹光谱的相关系数大于0.98。最后,用密度泛函理论对单分子丁基羟基茴香醚进行了数值计算,表明太赫兹指纹谱与分子构型和分子内部运动有关系。     

太赫兹技术对二氯苯胺两种同分异构体的检测

采用太赫兹时域光谱技术测量了3,4-二氯苯胺和2,5-二氯苯胺在0.2~2 THz波段的吸收谱,3,4-二氯苯胺在1.00 THz,1.48 THz,1.88 THz处有3个吸收峰,2,5-二氯苯胺在0.83 THz,1.04 THz,1.17 THz处有3个吸收峰,吸收峰峰位强度也有明显不同。采用密度泛函理论进行理论光谱计算,理论光谱与实测光谱一致性良好。结果表明通过太赫兹时域光谱技术可以实现3,4-二氯苯胺和2,5-二氯苯胺2种同分异构体的指纹检测,为太赫兹波段有明显特征吸收峰的毒性物质检测提供了一种快速、准确的方法。     

鞣花酸的太赫兹光谱研究

鞣花酸是一种存在于多种植物中的天然多酚组分,近年来越来越多的实验证实鞣花酸在抑制癌细胞增长和诱导癌细胞凋亡方面有很好的效果,同时也具有抗氧化和抗辐射等作用,在抗癌药品及保健药品中占有重要地位。因此对鞣花酸的研究有着重要的意义。太赫兹时域光谱技术（THz－TDS）是一种新型的时间分辨相干探测技术,本文利用太赫兹时域光谱技术研究了鞣花酸在0.2－2.4THz波段的光谱特性,得到了鞣花酸的吸收谱和折射率谱,并利用密度泛函理论(DFT)进行了模拟计算。研究发现,鞣花酸在该波段有光谱响应,分别在0.44、0.73、0.99、1.26、1.58、1.87和2.19THz频率处出现了反常色散现象和吸收峰。可以作为检测鞣花酸存在的定量分析依据,为药品及食品检测提供指导。     

钝感RDX及HMX炸药的太赫兹光谱分析

采用太赫兹时域光谱技术（Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS）对钝感RDX（黑索金）和HMX（奥克托金）炸药在0～2.5THz频段的太赫兹吸收光谱进行了探测.得到了待测样品的太赫兹吸收光谱,确定了其特征吸收峰的位置并与其他研究机构所测吸收谱进行了对比分析.实验结果表明：利用THz-TDS技术可以对炸药进行检测和识别,同时可以对样品组成的细微变化进行分析和鉴别.为利用THz-TDS技术研究其他爆炸性物质,建立爆炸物的指纹谱库提供了科学依据.     

无水葡萄糖的太赫兹时域光谱特性

用光学参数定量诊断病变组织是当前生物医学光子学领域中研究的热点问题。利用太赫兹时域光谱系统,在室温氮气环境中,获得了不同质量分数无水葡萄糖在0.15~3THz频段的高分辨率吸收谱和折射率谱;基于密度泛函理论,利用Gaussian 09软件对葡萄糖进行了B3LYP/6-31G水平上的单分子、双分子和多分子结构优化和红外吸收模拟;基于Materials Studio 7.0量子化学计算软件,采用CASTEP模块和广义梯度近似方法,开展了对葡萄糖晶体结构的频率计算。实验结果表明,葡萄糖在0.94,1.30,1.44,1.67,1.88,2.08,2.31,2.55,2.70,2.84,2.96THz有吸收峰,所有峰位的强度随样品中葡萄糖质量分数的增加线性降低;Gaussian 09模拟结果与测试结果相吻合,CASTEP的结果验证了这一结论;对无水葡萄糖在太赫兹频段的吸收峰进行了全面指认和振动归属。研究结果为太赫兹时域光谱在生物医学方面的应用提供了实验及理论参考。     

Terahertz Multivariate Spectral Analysis and Molecular Dynamics Simulations of Three Pyrethroid Pesticides

The terahertz (THz) multivariate spectral characteristics and the molecular dynamics of three pyrethroid pesticides, including deltamethrin, fenvalerate, and beta-cypermethrin, were studied in this paper. THz spectra of the pesticides were measured in frequency range of 0.06–3.5 THz by using THz time-domain spectroscopy (THz-TDS). To improve the THz spectral quality, the wavelet threshold de-noising (WTD) method was used to remove spectral noise and the spectral baseline correction (SBC) method was used to remove baseline drift. Specific absorption peaks were observed in the processed THz spectra of the three pesticides. Deltamethrin showed three peaks at 0.90, 1.49, and 2.32 THz. Fenvalerate had five peaks at 1.13, 1.43, 1.61, 1.98, and 2.58 THz. Beta cypermethrin had four peaks at 1.27, 1.84, 2.12, and 2.92 THz. The density functional theory (DFT) was used to characterize the molecular dynamics and formation mechanism of the absorption peaks. Results showed that there was a good matching effect between the THz experimental spectra and the DFT quantum calculation spectra. Based on the characterized fingerprint absorption peaks, the linear addition model was used to simulate the THz spectra of mixed pesticides. The simulated spectra of multicomponent pesticides were demonstrated to be in good agreement with those obtained by THz-TDS. By analyzing the absorption peaks of THz spectra, the composition and concentration of multicomponent pesticides could be determined. The proposed strategy presented an analytical methodology for studying the THz spectral characteristics of pesticides. In addition, this work provided experimental and theoretical basis for the detection potential of pesticides in agricultural products based on THz technology.     

神经细胞中五种常见物质的太赫兹波谱的推定

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对神经细胞中常见的5种物质(L-谷氨酸、γ-氨基丁酸、肌酸、盐酸多巴胺和肌醇)的纯品进行特征谱检测。实验结果显示,5种物质在太赫兹波段有明显且独特的吸收谱线,并且同一种物质不同浓度的吸收系数符合朗伯比尔定律。此外,利用CASTEP软件包对5种物质的光谱进行仿真,结果显示太赫兹波段光谱特征吸收峰的成因主要由分子基团的振动而引起。之后,对肌醇、L-谷氨酸、γ-氨基丁酸和肌酸的1:1:1:1混合物的谱线进行检测,结合最小二乘法等算法倒推,可以准确推断每一种物质的含量及比例。结果表明,当4种物质混合时,物质含量推断的准确率为94%以上,这一研究结果对于癌组织的早期检测有重大意义。     

Experimental and Theoretical Study on Terahertz Absorption Characteristics and Spectral De-noising of Three Plant Growth Regulators

Accurate identification of terahertz (THz) absorption peaks of biological macromolecules is of great significance in practical applications. In this work, the experimental and theoretical fundamentals of detecting three plant growth regulators (PGRs), including 6-Benzylaminopurine (6-BA), paclobutrazol (PBZ), and maleic hydrazide (MH) were investigated by using THz time-domain spectroscopy (THz-TDS). THz absorption coefficient and refractive index in frequencies of 0.06–4 THz were obtained. The wavelet threshold de-noising (WTD) method was used to remove spectral noise and improve the signal-to-noise ratio (SNR). The density functional theory (DFT) was applied to the molecular characterization and theoretical calculation of PGRs. Experimental results showed that the three PGRs had unique characteristic absorption peaks. Based on the sym4 wavelet function and four-layer wavelet decomposition, the de-noising performance of hard threshold WTD was better than that of soft threshold WTD. The spectra processed by hard threshold de-noising achieved higher peak SNR (6-BA: 40.22, PBZ: 37.73, MH: 34.83) and lower root mean square error (6-BA: 0.41, PBZ:0.40, MH:0.54). In addition, the characteristic absorption and anomalous dispersion of 6-BA were found at 2.08 and 3.00 THz, those of PBZ were shown at 0.71, 1.30, 1.88, and 2.67 THz, and those of MH were shown at 2.34 THz. The absorption peaks in THz spectra processed by hard threshold WTD were demonstrated to be in good agreement with the simulation results of DFT. These results show the effectiveness of WTD in THz spectral de-noising and the feasibility of using THz-TDS to detect PGRs.     

基于太赫兹时域光谱技术的农药残留检测方法

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是近年来涌现出来的崭新的光谱测量新技术.本研究提出了一种基于THz-TDS技术农药残留检测方法,并以灭多威和乙氧氟草醚两种农药作为实验介质证明此方法的可行性.应用太赫兹时域光谱系统测得了这两种农药的时域光谱信号,利用基于菲涅尔公式的数据处理模型得到了它们在THz波段的折射率谱和吸收系数谱.从实验结果可以看出两种农药在0.2~2.0THz范围内存在明显的特征吸收峰,且差别很大.经分析认为这些吸收峰是由分子的集体振动模式以及分子间相互作用引起,它们是农药分子的指纹吸收光谱,可以应用于分子识别中.本研究证明了THz-TDS技术应用于农药残留检测的可行性,表明其在农药残留检测中具有潜在的应用价值.     

β-内酰胺类抗生素药物的太赫兹光

-内酰胺类是临床上应用最广泛的抗生素,具有广谱、高效和安全的特点。抗生素的鉴别和质量检查非常重要。相比其他光谱手段,太赫兹光谱具有许多独特的优势。利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术在常温下研究了6种临床常用抗生素类药物,获得了它们的太赫兹吸收光谱。测试结果表明:即使分子结构相似,但它们的太赫兹光谱具有明显不同的特征,说明THz-TDS技术能够鉴别这种分子结构的微小差异,可以很好地用于药品检测和分析,在药品的研制、生产和鉴别方面具有很好的应用前景。最后利用Gaussian 03软件计算了青霉素钠分子在0.2~2.5 THz的振动吸收光谱,与实验结果进行比较,并对其振动模式进行指认。