宽频带太赫兹波谱技术及其应用

　　本书以典型物质材料在太赫兹频段的特征波谱测试关键技术、振动和转动特征跃迁量化计算主要方法以及典型应用为主线展开，全书共九章。 具体内容包括太赫兹波谱技术，太赫兹波谱分析与量化计算，丙氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的太赫兹特征波谱，胞嘧啶和胸腺嘧啶太赫兹波谱分析，固相果糖和葡萄糖的太赫兹波谱研究，苯二酚、烟酸及其同分异构体的太赫兹波谱研究，苯甲酸、水杨酸及其分子结构相似物质的太赫兹波谱研究，苯甲酸和苯甲酸钠以及互为同分异构体的葡萄糖和果糖水溶液的液相太赫兹频段特征吸收谱，太赫兹特征波谱技术应用前景与面临的挑战。 本书适用于从事太赫兹波谱测试与分析技术、量化计算模拟、物质辨识、材料鉴别、化学化工、生物医学等领域研究工作的工程技术人员，以及科研院所和大中专高校相关专业的学生和科研人员

　　范文慧，中国科学院西安光学精密机械研究所研究员，入选中国科学院“百人计划”。主要研究方向包括太赫兹波技术与应用、超快光子技术及应用、光电材料与器件。范文慧研究员十多年前开始从事宽频带太赫兹波谱技术及其应用方面的研究工作，先后参与了英国、欧洲共同体等支持的太赫兹领域科研项目及中国起始太赫兹领域的国家自然科学基金重大项目、首轮太赫兹领域的国家重点基础研究发展计划（973计划）项目，主持了中国科学院“百人计划”择优支持（引进国外杰出人才）项目“太赫兹光谱成像技术与应用研究”、太赫兹领域的中国科学院知识创新工程重要方向项目“太赫兹成像关键技术研究”子课题“太赫兹波谱成像关键技术研究”及国家自然科学基金项目“亚波长金属结构高效太赫兹光电导发射天线研究”等。

1 太赫兹波谱技术 001
1.1 电磁波谱分析与太赫兹频段 003
1.2 分子振动与红外吸收谱和太赫兹特征谱 006
1.3 太赫兹波与物质相互作用 008
1.3.1 物质材料在太赫兹频段的光学特性 010
1.3.2 太赫兹频段的典型光学器件 025
1.4 太赫兹波时域波谱技术 031
1.5 太赫兹波时间分辨光谱技术 038
1.6 太赫兹波发射光谱技术 040
参考文献 041
2 太赫兹波谱分析与量化计算 049
2.1 太赫兹波谱吸收系数及折射率计算 051
2.2 电子结构理论 055
2.2.1 概述 055
2.2.2 哈特里 福克自洽理论 058
2.2.3 二阶 Møller Plesset微扰理论 060
2.2.4 密度泛函理论 062
2.2.5 局域密度近似理论 064
2.2.6 广义梯度近似理论 064
2.2.7 两个著名的密度泛函 B3LYP与 PBE 067
2.3 基组与基组函数 068
2.3.1 斯莱特(Slater)型基组与高斯(Gaussian)型基组 068
2.3.2 压缩高斯(Gaussian)型基组 069
2.4 平面波与赝势 071
2.5 理论计算方法小结(B3LYP,HF,MP2,PBE,PW91) 073
2.6 太赫兹特征波谱量化计算软件简介 074
参考文献 075
3 丙氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的太赫兹特征波谱 077
3.1 氨基酸及其太赫兹波谱研究现状 079
3.2 丙氨酸的物化特性及结构描述 082
3.3 丙氨酸的振动模式计算与太赫兹波谱测试 084
3.4 苯丙氨酸及其晶体结构 090
3.5 苯丙氨酸的太赫兹波谱及计算振动模式分析 091
3.6 酪氨酸分子结构及特性 095
3.7 酪氨酸的太赫兹波谱测试及理论计算分析 096
参考文献 101
4 胞嘧啶和胸腺嘧啶太赫兹波谱分析 105
4.1 DNA 概述 107
4.2 胞嘧啶和胸腺嘧啶 108
4.3 胞嘧啶和胸腺嘧啶晶胞结构与理论模拟计算方法 109
4.4 实验测试系统与样品制备 111
4.5 胞嘧啶和胸腺嘧啶的太赫兹波谱 112
4.5.1 胞嘧啶与胸腺嘧啶太赫兹特征吸收谱对比 112
4.5.2 胞嘧啶振动模式计算与太赫兹特征吸收谱 113
参考文献 116
5 固相果糖和葡萄糖的太赫兹波谱研究 119
5.1 糖类概述 121
5.2 糖类的太赫兹波谱研究现状及意义 121
5.3 葡萄糖、果糖和一水葡萄糖及其晶体结构 122
5.4 实验测试和理论模拟计算方法 124
5.5 固相葡萄糖和果糖太赫兹波谱及红外特征吸收谱 125
5.5.1 固相葡萄糖的太赫兹频段振动模式计算以及太赫兹波谱 125
5.5.2 固相葡萄糖的红外波段振动模式计算以及红外特征吸收谱 130
5.5.3 固相果糖的太赫兹频段振动模式计算以及太赫兹波谱 132
5.5.4 固相果糖的红外波段振动模式计算以及红外特征吸收谱 136
5.6 无水葡萄糖与一水葡萄糖太赫兹频段振动模式计算以及太赫兹波谱
分析 140
参考文献 148
6 苯二酚、烟酸及其同分异构体的太赫兹波谱研究 151
6.1 同分异构体及其太赫兹波谱 153
6.2 邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚及其分子结构 155
6.3 实验样品制备和理论模拟计算方法 155
6.4 邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚太赫兹频段振动模式及特征吸收谱 156
6.5 邻苯二酚的太赫兹吸收谱及中红外吸收谱 163
6.5.1 实验样品制备及理论计算方法 163
6.5.2 实验测试及理论模拟结果分析 164
6.6 烟酸、异烟酸和2 吡啶甲酸物化特性简介 171
6.7 烟酸、异烟酸和2 吡啶甲酸太赫兹波谱测试对比 172
6.8 烟酸、异烟酸和2 吡啶甲酸太赫兹频段振动模式计算与分析 176
6.8.1 晶体结构理论模拟方法 176
6.8.2 烟酸、异烟酸和2 吡啶甲酸分子结构分析 177
6.8.3 烟酸、异烟酸和2 吡啶甲酸太赫兹波谱理论分析 182
参考文献 186
7 苯甲酸、水杨酸及其分子结构相似物质的太赫兹波谱研究 189
7.1 苯甲酸和苯甲酸钠及其结构特点 191
7.2 苯甲酸和苯甲酸钠太赫兹波谱研究现状 192
7.3 苯甲酸和苯甲酸钠固相太赫兹波谱 192
7.3.1 样品制备及理论分析方法 192
7.3.2 固相苯甲酸和苯甲酸钠太赫兹特征吸收谱分析 193
7.4 水杨酸和水杨酸钠及其物化特性 195
7.5 水杨酸和水杨酸钠太赫兹波谱研究现状 195
7.6 实验测试和理论计算方法 196
7.6.1 样品制备和测试方法 196
7.6.2 理论计算方法 197
7.7 水杨酸和水杨酸钠太赫兹波谱研究 198
7.7.1 水杨酸和水杨酸钠太赫兹波谱对比分析 198
7.7.2 水杨酸和水杨酸钠太赫兹频段振动模式分析 199
7.7.3 水杨酸和烟酸、异烟酸及2 吡啶甲酸结构及其太赫兹波谱
对比分析 204
参考文献 205
8 液相苯甲酸和苯甲酸钠、葡萄糖与果糖太赫兹波谱研究 209
8.1 液相物质的太赫兹波谱研究现状 211
8.2 液相苯甲酸和苯甲酸钠太赫兹波谱研究 212
8.2.1 液相样品制备及理论模拟方法 213
8.2.2 苯甲酸和苯甲酸钠环己烷溶液的太赫兹波谱 214
8.2.3 理论模拟结果分析与讨论 215
8.3 液相葡萄糖和果糖太赫兹波谱研究现状 217
8.4 葡萄糖和果糖水溶液的太赫兹波谱及红外特征吸收谱 219
8.4.1 葡萄糖水溶液的太赫兹波谱及红外特征吸收谱 219
8.4.2 果糖水溶液的太赫兹波谱及红外特征吸收谱 221
参考文献 224
9 应用前景与挑战 227
索引 23