百菌清晶体太赫兹光谱理论模拟分析

摘 要 本研究从实验和理论分析两方面探讨了杀菌剂百菌清固体在0.4～3.0 THz的光谱特性。利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）获得了在这一频谱范围内百菌清固体分子的折射率谱和吸收谱。为了更好地对实验吸收谱进行解析，克服单分子模拟缺陷，从晶体分子结构方面分析在0.4～3.0 THz波段百菌清分子结构变化和振动吸收谱，对百菌清THz实验吸收谱进行了指认，并分析了百菌清固体分子特征吸收峰产生机理。研究表明，晶体结构理论模拟弥补了单分子模拟的缺陷，完成了对11处所有实验特征吸收峰的验证。实验谱主要由分子之间ClCC，NCC键相互作用和晶胞内分子的集体振动产生。

关键词 百菌清； 太赫兹光谱； 单分子理论模拟； 晶体结构理论模拟； 特征吸收峰

1 引 言

近些年，太赫兹时域光谱技术THz-TDS （Terahertz time-domain spectroscopy）发展迅速，在各领域广泛应用。由于大量分子振动能级和转动能级处在太赫兹波段，分子在太赫兹波段表现出强烈的吸收和色散性质，使得太赫兹光谱能对分子结构微小变化进行分析和检测。太赫兹技术在食品安全检测、生物医学、安全检查等众多领域有广阔的应用前景[1～6]。目前，THz-TDS在光谱检测方面取得了重大进展。但是，在太赫兹理论解析方面仍存在挑战。基于Gaussian软件，许多研究者已经成功模拟了许多分子的THz吸收谱，但仅是单分子模拟，并未考虑整个分子晶体环境的影响。于斌等[7]采用THz光谱检测了烟碱；唐忠锋等[8]用THz光谱检测了多种氨基酸。Hakey等[9]分别利用THz-TDS系统及DMol3程序对常温294 K和液氮78.4 K状态下的脱氧麻黄碱盐酸盐进行了THz光谱研究；King等[10]利用CRYSTAL软件对L-， DL-丝氨酸进行了THz光谱研究[10]，进而对L-丝氨酸水合物[11]进行了太赫兹光谱模拟。研究表明，相比单分子模拟，利用分子晶体进行模拟，可以更加全面阐释THz光谱产生机理。

百菌清属于广谱类杀菌剂，主要用于蔬菜锈病、炭疽病、白粉病、霜霉病的防治[12]。本研究从实验和模拟光谱两方面对百菌清在太赫兹波段光谱特性进行解析。首先， 利用THz-TDS装置获得百菌清在0.4～3.0 THz波段的太赫兹实验吸收谱，为更好地解析实验吸收谱产生机理，克服单分子模拟缺陷，借助DMol3程序[13，14]从分子晶体结构角度对百菌清分子进行理论模拟，对百菌清分子在0.4～3.0 THz波段的实验特征吸收峰进行了指认和振动归属分析，全面阐释了农药百菌清分子THz光谱产生机理。

2 实验部分

2.1 样品及样品制备

采用透射型太赫兹时域光谱系统，实验装置的详细说明参考文献[15]。实验所用的百菌清样品购于百灵威科技有限公司，其纯度大于98%，将其与聚乙烯粉末以1∶1 比例混合（总质量约160 mg），制备成圆形薄片。百菌清（2，4，5，6-四氯-1，3-二氰基苯，C8Cl4N2），其单分子结构和晶体结构见图1。