β-d-吡喃半乳糖的太赫兹光谱研究

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1、万方数据第28卷，第4期208年4月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysis"C01．28，No．4。pp721·725April，2008伊D一吡喃半乳糖的太赫兹光谱研究张同军1’2，蔡晋辉z，周泽魁21．山东科技大学信息与电气工程学院，山东青岛2665102．浙江大学控制科学与工程系，浙江杭州310027摘要为深入了解pD吡喃半乳糖在太赫兹波段的光谱特性，利用太赫兹时域光谱技术测量了室温下pn吡喃半乳糖晶体在0．3～3．0THz范围内的吸收谱及折射率谱，同时利用傅里叶变换红外光谱技术获得了半乳

2、糖在1．5～19．5THz之间的吸收谱。实验研究的同时，运用密度泛函理论和6-311+G一基组计算了气态孤立pD吡喃半乳糖分子的结构及其在太赫兹波段的振动频率，并据此对实验光谱吸收峰进行了指认。研究结果表明，除了因为分子间效应而导致的少许偏移外，理论计算结果与实验数据吻合得很好；实验光谱在6THz以上频段的共振吸收峰来源于明确的分子内振动模式，而6THz以下低频段的共振吸收峰则主要来源于分子间氢键或晶体的声子模式．实验和理论研究的对比表明物质的远红外吸收特征对于分子的结构和空间排列非常敏感。关键词pD吡喃半乳糖；太赫兹时域光谱f傅里叶

3、变换红外光谱；密度泛函理论中图分类号：0434．3文献标识码：A文章编号：1000-0593(2008)04-0721-05引言糖类广泛分布于动植物和微生物的体内，被认为是继蛋白质、核酸之后的第三大生物分子[1]，具有比其他生物分子高几个数量级的潜在的信息含量，在生命活动中起着重要的作用．糖的相关研究表明，其生理作用已经远远超出“生物体的能源物质及组织组成物质”的传统认识[2]，它们在细胞识别、细胞分化、免疫等方面起着极为重要的作用。半乳糖是最常见的生物单糖之一，是乳糖的主要组成成分，也是许多生物分子的重要组成部件。糖类物质的远红外光

4、谱(O．2～20THz)包含有丰富的光谱和结构信息[3]，因为糖分子的许多分子内振动模式，分子问弱相互作用(如氢键、范德瓦耳斯力、偶极的振动和转动跃迁等)以及晶体中晶格的低频振动等都落在这一频段[“朝。因而利用远红外振动光谱研究半乳糖晶体的光谱特性具有重要意义．太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是基于飞秒超快激光技术的远红外波段光谱测量新技术[6．"，它利用物质对THz辐射的特征吸收来分析物质成分、结构及其相互作用[8]。THz光谱测量技术的高信噪比和单个THz脉冲的宽频带特性，使得THz技术能够对材料组成及结构的细微变化做出分析和

5、鉴定[9]。与传统的傅里叶变换红外光谱(FTIR)相比，THz-TDS是同步相干探测，对热背景噪声不敏感，可以获得很高的信噪比且不需要热辐射仪探测器[1州。更重要的是THz-11)S无需使用Kramers-Kronig色散关系就可以获得物质的折射率和吸收系数。因而使得THz一1rI)S技术被广泛运用于研究化学生物分子在THz波段的光学特性。就信噪比而言，THz-TDS在低于3THz时远远高于FTIR，而FnR在5THz以上时更好。TH才n)s与FTm相互补充，是研究分子结构和分子振动光谱的重要工具。密度泛函理论(DFT)由于有效地考虑

6、了电子相关，且拥有计算精度高和计算效率高等优点，近年来被成功应用于分子，尤其是中等分子体系的振动光谱研究[1¨．虽然人们运用红外、拉曼光谱技术对伊n吡喃半乳糖分子做了一些研究，但大都局限于中红外区，至今未见结合这三种方法对pD-utt喃半乳糖分子的THz波段光谱特性进行研究的报道。本文分别使用THz-TDS和FTm两种技术对pD吡喃半乳糖晶体在THz波段的光谱特性进行了研究，报道了卢-D-,tt喃半乳糖在0．3～3．0THz和1．5～19．5THz频段的远红外光谱。同时运用密度泛函理论计算了孤立pD吡喃半乳糖分子的结构及其在THz波段

7、的振动频率，并据此对半乳糖分子在THz波段的特征吸收峰进行了指认。收稿日期：2006—11·10．修订日期：2007--02—20基金项目：国家自然科学基金项目(60374051)资助作者简介：张同军，1976年生，浙江大学控制科学与工程系博士研究生e-mail：supoptirrml@163．com万方数据722光谱学与光谱分析第28卷1材料与实验方法1．1样品制备H--O儿甲坦～H彳一。一r1．2实验装置室温下#-D-ⅡIt喃半乳糖晶体在1．5～19．5THz(50～650cln-1)范围内的远红外光谱是在Bruker66V／sF

8、TIR光谱仪获得的，光谱仪配备一个FIR-urGS探测器用于该频段的光谱测量。为消除水蒸汽和C02气体的影响，仪器工作于真空环境中。FTIR光谱仪的分辨率为60GHz，扫描次数200次。II争D吡喃半乳糖晶体在0．3～3