百菌清晶體太赫茲光譜理論模擬分析

摘 要 本研究從實驗和理論分析兩方面探討了殺菌劑百菌清固體在0.4～3.0 THz的光譜特性。利用太赫茲時域光譜技術（THz-TDS）獲得了在這一頻譜范圍內百菌清固體分子的折射率譜和吸收譜。為了更好地對實驗吸收譜進行解析，克服單分子模擬缺陷，從晶體分子結構方面分析在0.4～3.0 THz波段百菌清分子結構變化和振動吸收譜，對百菌清THz實驗吸收譜進行了指認，并分析了百菌清固體分子特征吸收峰產生機理。研究表明，晶體結構理論模擬彌補了單分子模擬的缺陷，完成了對11處所有實驗特征吸收峰的驗證。實驗譜主要由分子之間ClCC，NCC鍵相互作用和晶胞內分子的集體振動產生。

關鍵詞 百菌清； 太赫茲光譜； 單分子理論模擬； 晶體結構理論模擬； 特征吸收峰

1 引 言

近些年，太赫茲時域光譜技術THz-TDS （Terahertz time-domain spectroscopy）發展迅速，在各領域廣泛應用。由于大量分子振動能級和轉動能級處在太赫茲波段，分子在太赫茲波段表現出強烈的吸收和色散性質，使得太赫茲光譜能對分子結構微小變化進行分析和檢測。太赫茲技術在食品安全檢測、生物醫學、安全檢查等眾多領域有廣闊的應用前景[1～6]。目前，THz-TDS在光譜檢測方面取得了重大進展。但是，在太赫茲理論解析方面仍存在挑戰。基于Gaussian軟件，許多研究者已經成功模擬了許多分子的THz吸收譜，但僅是單分子模擬，并未考慮整個分子晶體環境的影響。于斌等[7]采用THz光譜檢測了煙堿；唐忠鋒等[8]用THz光譜檢測了多種氨基酸。Hakey等[9]分別利用THz-TDS系統及DMol3程序對常溫294 K和液氮78.4 K狀態下的脫氧麻黃堿鹽酸鹽進行了THz光譜研究；King等[10]利用CRYSTAL軟件對L-， DL-絲氨酸進行了THz光譜研究[10]，進而對L-絲氨酸水合物[11]進行了太赫茲光譜模擬。研究表明，相比單分子模擬，利用分子晶體進行模擬，可以更加全面闡釋THz光譜產生機理。

百菌清屬于廣譜類殺菌劑，主要用于蔬菜銹病、炭疽病、白粉病、霜霉病的防治[12]。本研究從實驗和模擬光譜兩方面對百菌清在太赫茲波段光譜特性進行解析。首先， 利用THz-TDS裝置獲得百菌清在0.4～3.0 THz波段的太赫茲實驗吸收譜，為更好地解析實驗吸收譜產生機理，克服單分子模擬缺陷，借助DMol3程序[13，14]從分子晶體結構角度對百菌清分子進行理論模擬，對百菌清分子在0.4～3.0 THz波段的實驗特征吸收峰進行了指認和振動歸屬分析，全面闡釋了農藥百菌清分子THz光譜產生機理。

2 實驗部分

2.1 樣品及樣品制備

采用透射型太赫茲時域光譜系統，實驗裝置的詳細說明參考文獻[15]。實驗所用的百菌清樣品購于百靈威科技有限公司，其純度大于98%，將其與聚乙烯粉末以1∶1 比例混合（總質量約160 mg），制備成圓形薄片。百菌清（2，4，5，6-四氯-1，3-二氰基苯，C8Cl4N2），其單分子結構和晶體結構見圖1。