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基于密度泛函理论的维生素C紫外光谱与激发性质的计算

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光谱学与光谱分析 2022年第1期42卷 304-309页

作者：林艳苏俊宏唐延林杨丹西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 贵州大学物理学院贵州贵阳550025 喀什大学数学与统计学院新疆喀什844008

维生素C为酸性己糖衍生物,有L-型(抗坏血酸(AA))和D-型(脱氢抗坏血酸(DHA))两种异构体,DHA是AA的第一个稳定氧化产物,是AA的可逆氧化形式,因此,对AA的任何性质或度量的讨论都将涉及同一体系中DHA的性质。紫外光谱是电子跃迁难易程度和... 详细信息

维生素C为酸性己糖衍生物,有L-型(抗坏血酸(AA))和D-型(脱氢抗坏血酸(DHA))两种异构体,DHA是AA的第一个稳定氧化产物,是AA的可逆氧化形式,因此,对AA的任何性质或度量的讨论都将涉及同一体系中DHA的性质。紫外光谱是电子跃迁难易程度和几率的直观体现,理论计算方法与分子模型的构建不合理,都将导致对维生素C的最大吸收峰产生误判,从而无法准确的表征维生素C的激发性质。因此,为准确探究维生素C的抗氧化机理,在液相环境中,基于密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函(TD-DFT)理论,分别采用pbepbe/6-311++g(2d,2p)方法和B3LYP/6-311++g(2d,2p)方法,计算并分析了维生素C的抗坏血酸和脱氢抗坏血酸分子的结构、紫外光谱及电子激发特征。结果表明:pbepbe/6-311++g(2d,2p)是计算AA紫外吸收光谱更精确的方法;DHA比AA的环状结构发生了显著的平面扭曲。紫外光谱分析可知,基态跃迁到S1,S2,S3,S4,S14和S18激发态为AA产生紫外光谱的主要原因,AA位于200.1715 nm处的吸收峰包含n→π,n→σ电子跃迁,266.9248 nm处的吸收峰包含n→π和π→π的跃迁。基态跃迁到S6,S9,S12,S13,S15,S16,S17,S19和S20激发态为DHA产生紫外光谱的主要原因,DHA的最强吸收峰位于181.0248 nm处,具有n→σ和n→π的跃迁特征,231.34639 nm处微弱的吸收峰指认为n→π跃迁,282.4668 nm处的吸收峰主要对应n→π的跃迁;通过空穴-电子分布及其衍生量的分析,可定性地对AA吸收峰起主要作用的7个激发态的特征及对DHA吸收峰起主要作用的9个激发态的特征进行详细的指认。其中对AA紫外光谱起主要贡献的S4,S13和S14激发态与对DHA紫外光谱起主要贡献的S6,S9,S17和S20激发态电荷转移较明显,空穴的质心中心和电子质心的中心分离较明显,可以指认为电荷转移激发,而其他激发态的电子与空穴分离程度很低,指认为局域激发。

关键词：抗坏血酸脱氢抗坏血酸密度泛函理论紫外光谱

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紫外光谱法预测烤烟烟叶中的全氮

光谱学与光谱分析 2009年第5期29卷 1367-1370页

作者：辛荣唐延林贵州省光电子技术和应用重点实验室贵州贵阳550025 贵州大学理学院贵州贵阳550025

利用紫外光谱法测量不同等级烤烟烟叶的光谱,对样品在190～1100nm波长范围进行扫描,比较其光谱之间的差异。并利用多元分析中的逐步回归法、主成分分析法和偏最小二乘法来建立烤烟烟叶全氮含量的光谱预测模型。结果表明:(1)用多元分析... 详细信息

利用紫外光谱法测量不同等级烤烟烟叶的光谱,对样品在190～1100nm波长范围进行扫描,比较其光谱之间的差异。并利用多元分析中的逐步回归法、主成分分析法和偏最小二乘法来建立烤烟烟叶全氮含量的光谱预测模型。结果表明:(1)用多元分析中的逐步回归法、主成分分析法适合建立全氮预测模型;(2)在230～290nm波长范围内建立不同等级烤烟的全氮模型,且模型效果较好;(3)主成分分析法预测烤烟烟叶全氮模型的准确性比逐步回归法预测烤烟烟叶全氮模型的准确性要好得多,且用主成分分析法预测烤烟烟叶全氮模型的准确性为78%;(4)不同的数据处理方法,得出的预测模型是不同的;(5)通过选择恰当的全氮特征谱线可以提高预测模型的准确性。说明可以用紫外光谱来预测烤烟全氮的含量,且该模型稳定性好,可用来快速、准确、无污染地测量烟草中的全氮含量。

关键词：烤烟全氮紫外光谱

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基于密度泛函理论的肾上腺素分子的光谱分析

光谱学与光谱分析 2022年第1期42卷 248-252页

作者：陆利敏施斌唐天宇赵先豪魏晓楠唐延林贵州大学物理学院贵州贵阳550025

肾上腺素是一种神经和激素的传送体,研究肾上腺素分子的光谱和能级有助于了解其化学稳定性和药理作用。基于密度泛函理论(DFT),利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G(d,p)基组水平上对肾上腺素分子进行结构优化,采用含时密度泛函理论(TD-D... 详细信息

肾上腺素是一种神经和激素的传送体,研究肾上腺素分子的光谱和能级有助于了解其化学稳定性和药理作用。基于密度泛函理论(DFT),利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G(d,p)基组水平上对肾上腺素分子进行结构优化,采用含时密度泛函理论(TD-DFT)的PBE方法在def2tzvp基组水平上计算肾上腺素分子在气相中的前20个激发态,利用Multiwfn3.7(dev)软件绘制出其紫外光谱图并对激发性质进行分析。肾上腺素分子紫外光谱对应的主要跃迁是从基态分别到第1,2,4,8,15和16激发态的跃迁,其他的激发态的振子强度低于阈值0.03。理论计算得出肾上腺素的紫外光谱有两个吸收峰,分别位于206.23和273.92 nm,206.23 nm峰主要由基态跃迁到第16激发态形成,273.92 nm峰主要是基态跃迁到第2、4激发态形成,主要是由苯环上π→π跃迁所产生,并与实验光谱吻合较好。对肾上腺素分子的激发态性质分析可知,上述吸收峰都是在最高占据轨道和最低空轨道的临近轨道跃迁产生的。利用密度泛函的PBE方法在6-311G(d,p)的基组水平上计算肾上腺素分子频率并绘制红外光谱,由振动分析可知,3738和3662 cm^(-1)峰是由酚羟基O—H伸缩振动产生的特征吸收峰,3715 cm^(-1)峰是由醇羟基O—H伸缩振动产生的特征吸收峰,2854 cm^(-1)峰是由甲基的C18—H20键的伸缩振动产生的特征吸收峰,1516和1439 cm^(-1)峰是苯环骨架的伸缩振动的特征吸收峰,1279与1057 cm^(-1)峰分别是由C6—O10和C12—O23键伸缩振动产生的特征吸收峰,620 cm^(-1)峰是N22—H17键摇摆振动的特征吸收峰。对比肾上腺素的实验红外光谱,发现理论光谱与实验光谱中各基团的特征吸收峰都较为明显且总体吻合较好。由于肾上腺素分子二聚体和多聚体之间形成氢键,分子间氢键的形成削弱了O—H键的强度,降低了能形成分子间氢键的羟基O—H的伸缩振动频率,从而导致实验光谱在3500~2500 cm^(-1)之间呈现出一个宽峰。

关键词：肾上腺素密度泛函理论紫外光谱红外光谱

外电场对对硝基氯苯分子结构与电子光谱影响的研究

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物理学报 2013年第10期62卷 96-102页

作者：李涛唐延林凌智钢李玉鹏隆正文贵州大学物理系贵阳550025

为达到降解有机污染物硝基氯苯的目的,采用外加平行电场的方法,研究电场对硝基氯苯化合物的分子结构和电子光谱等的影响.以对硝基氯苯分子为研究对象,采用密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d,p)基组水平上优化并计算了不同外电场作用下pCNB... 详细信息

为达到降解有机污染物硝基氯苯的目的,采用外加平行电场的方法,研究电场对硝基氯苯化合物的分子结构和电子光谱等的影响.以对硝基氯苯分子为研究对象,采用密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d,p)基组水平上优化并计算了不同外电场作用下pCNB的基态分子结构、电偶极矩和分子总能量,在此基础上采用含时密度泛函研究了该分子的前六个激发态的波长、振子强度受外电场的影响规律.结果表明:C—Cl,C—N键长随电场增加而快速增大,即键能快速减小,同时苯环上的C—C,C—H键长的变化很小,且有增有减,说明分子的降解可能是C—Cl,C—N键断裂而苯环则相对稳定.同时分子总能量随电场先增大后变小,电偶极矩刚好相反.另外,最大吸收波长λmax随电场先缓慢减小,后快速增大,导致电子跃迁相对容易,而振子强度随电场变化则相对比较复杂.

关键词：对硝基氯苯外电场密度泛函含时密度泛函

水稻叶面积指数与 MODIS植被指数、红边位置之间的相关分析(英文)

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农业工程学报 2003年第5期19卷 104-108页

作者：程乾黄敬峰王人潮唐延林浙江大学农业遥感与信息技术研究杭州3210029

对模拟中分辨率成像光谱仪 (MODIS)两个植被指数归一化植被指数 (N DV I)、增强植被指数 (EV I)以及红边位置(REP)与水稻叶面积指数 (L AI)进行了相关研究。利用光谱分辨率为 3nm的 ASD F ield Spec U V/VNIR光谱仪获得了2 0 0 2年两个... 详细信息

对模拟中分辨率成像光谱仪 (MODIS)两个植被指数归一化植被指数 (N DV I)、增强植被指数 (EV I)以及红边位置(REP)与水稻叶面积指数 (L AI)进行了相关研究。利用光谱分辨率为 3nm的 ASD F ield Spec U V/VNIR光谱仪获得了2 0 0 2年两个不同水稻品种——杂交稻和常规稻整个生长期的高光谱数据 ,同时对水稻 L AI进行了测定。利用一阶微分计算红边位移。模拟了 MODIS 3个波段 ,波段 1(6 2 0 -6 70 nm ,红波段 ) ,波段 2 (841～ 876 nm ,近红外 )和波段 3(45 9～ 479nm ,蓝波段 ) ,并用这些波段计算了 MODIS-NDVI和 EVI。结果表明 :对于常规稻 ,MODIS-NDVI、EVI和 REP与水稻 L AI呈现出良好的相关性 ;而对于杂交稻 ,与水稻 L AI相关性来说 ,MODIS-EV I和 REP要比 MODIS-NDVI更敏感。分析原因 ,主要是因为杂交稻同常规稻相比在生长的中后期 L A I比较大 ,MODIS-N DVI容易饱和 ;而 MODIS-EVI和 REP由于可以消除背景影响 ,增强对 L AI的敏感性。因此 MODIS-EV I和 REP可以更有效地监测水稻叶面积指数。

关键词：相关分析水稻叶面积指数 MODIS植被指数红边位置

黄曲霉素B1及异构体的前线轨道与拉曼光谱研究

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光谱学与光谱分析 2014年第8期34卷 2122-2125页

作者：李涛唐延林凌智刚隆正文贵州大学物理系贵州贵阳550025

采用B3LYP混合泛函和6-311+g(d,p)基组,利用DFT密度泛函理论优化得到了黄曲霉素Aflatoxin B1(cis)(AFB1(cis))及其反式异构体分子AFB1(trans)的稳定结构,通过单点能计算和几何结构分析,其顺式结构比反式结构更加稳定;计算了两种分子的Ra... 详细信息

采用B3LYP混合泛函和6-311+g(d,p)基组,利用DFT密度泛函理论优化得到了黄曲霉素Aflatoxin B1(cis)(AFB1(cis))及其反式异构体分子AFB1(trans)的稳定结构,通过单点能计算和几何结构分析,其顺式结构比反式结构更加稳定;计算了两种分子的Raman光谱,并与AFB1(c)粉末的实验Raman光谱进行比较,吻合较好。把最强的三个峰1 582,3 065和1 626cm-1指认为顺式结构的特征峰,把1 616,3 065和1 659cm-1指认为反式结构的特征峰;在优化计算的基础上采用Hirshfeld原子划分方法结合Multiwfn软件分析了前线轨道成分,两种分子的亲电能力明显强于其亲核能力,通过计算C1原子在LUMO轨道中的占据权重分别为21.48%和20.62%,预测出C1原子是这两种顺反异构分子夺走DNA中的电子致癌的最主要位点。结果对该类顺反异构分子的检测、转化以及毒性抑制方面具有一定的理论指导意义。

关键词：黄曲霉素B1 Raman光谱分子前线轨道 DFT

基于变温紫外分光光度法研究温度对DNA凝聚过程影响

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光谱学与光谱分析 2017年第6期37卷 1831-1837页

作者：龚红玲刘艳辉唐延林胡林贵州大学生命科学学院贵州贵阳550025 贵州大学物理学院软凝聚态物理实验室贵州贵阳550025

荧光单分子实验结果表明温度能够促进DNA凝聚,随着温度升高,精胺(亚精胺)-DNA凝聚体系中DNA凝聚构象趋于更加紧致、有序。为探究温度对不同高价离子-DNA凝聚体系的影响,利用自行搭建的变温紫外分光光度计,通过系统研究荧光单分子实验中... 详细信息

荧光单分子实验结果表明温度能够促进DNA凝聚,随着温度升高,精胺(亚精胺)-DNA凝聚体系中DNA凝聚构象趋于更加紧致、有序。为探究温度对不同高价离子-DNA凝聚体系的影响,利用自行搭建的变温紫外分光光度计,通过系统研究荧光单分子实验中采用的精胺(亚精胺)-DNA凝聚体系及去离子水中DNA在260nm处特征吸收值随温度变化情况,确定了DNA凝聚构象与其260nm处特征吸收值之间的对应关系为:DNA凝聚构象越紧致、有序,其对应的260nm处紫外吸收值越低。在此基础上,系统地研究了DNA凝聚实验中常用四种钴胺化合物-DNA凝聚体系随温度变化情况,结果表明三氯六胺合钴与精胺(亚精胺)类似,其对应的DNA凝聚体系在260nm特征吸收值,随着温度升高而逐渐降低,即DNA凝聚构象趋于更加紧致、有序。而三(乙二胺)氯化钴、反式双(乙二胺)氯化钴、五胺氯化钴的情况却不同,与其对应的DNA凝聚体系在260nm特征吸收值,随着温度升高,呈现先增加,再降低,然后再增加的规律。

关键词：精胺亚精胺钴胺化合物变温的紫外分光光度法 DNA凝聚

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混合光谱中已知组分光谱的自加强方法研究

光谱学与光谱分析 2009年第7期29卷 1946-1949页

作者：王志平唐延林张芙蓉刘芸贵州大学理学院贵州贵阳550025

通过数学变换手段将混合物光谱中某待测组分(已知纯光谱组分)所包含的信息集中于原点,使得待分析组分光谱在变换结果曲线的原点处贡献最大,称之为纯光谱组分的自加强作用;在杂质光谱所包含谱带中心位置与待分析组分纯光谱差别较大的假... 详细信息

通过数学变换手段将混合物光谱中某待测组分(已知纯光谱组分)所包含的信息集中于原点,使得待分析组分光谱在变换结果曲线的原点处贡献最大,称之为纯光谱组分的自加强作用;在杂质光谱所包含谱带中心位置与待分析组分纯光谱差别较大的假设基础之上,通过理论分析可认为杂质光谱在变换结果曲线原点处贡献最小,因而可选择变换结果曲线原点处的小波变换系数作为待测组分定量分析的依据,降低了分析位置选择的人为性,增强了分析手段的可靠性与适应性。模拟对比了理想曲线与含加性高斯白噪声信号的变换结果,证明该方法具有好的抗噪特性。模拟分析结果表明,该方法相比以往文献报道的单纯利用小波系数作为定量分析依据的做法在分析误差方面有很大改善。

关键词：混合光谱组分纯光谱自加强小波分析

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水稻叶片pH值与吸收光谱变量的相关性

光谱实验室 2011年第5期28卷 2451-2454页

作者：刘子恒唐延林甘肃民族师范学院物理系贵州大学理学院物理系贵阳市花溪北校区理学院550025

采用小区试验研究了水稻叶片pH值与吸收光谱变量的相关性。结果表明:在整个生育期,522—540、700—740、480—500nm和675—680nm是水稻叶片pH值的敏感波段。选择最佳的敏感波段组合构造光谱变量,利用光谱变量反演水稻叶片pH值。除拔节期... 详细信息

采用小区试验研究了水稻叶片pH值与吸收光谱变量的相关性。结果表明:在整个生育期,522—540、700—740、480—500nm和675—680nm是水稻叶片pH值的敏感波段。选择最佳的敏感波段组合构造光谱变量,利用光谱变量反演水稻叶片pH值。除拔节期外,水稻吸收光谱比值变量和对数相加变量的相关性优于相加变量的相关性,同时用这两个光谱变量构建水稻叶片pH值的模型。为进一步提高吸收光谱快速测量水稻叶片pH值提出一些探索性研究。

关键词：水稻 pH值光谱吸收率光谱变量