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共振增强多光子电离(REMPI)是二十世纪七十年代末随激光器的发展而发展起来的一种激光光谱方法。这种方法在电离与探测过程中实现了光谱与质谱双重选择,具有高灵敏度、高分辨率、多组分探测等优点,是研究分子结构、物质成分分析、环境污染探测等的好方法。在过去几十年里,随着高强激光,可调谐激光,飞秒激光等激光技术的飞速发展,多光子过程的研究得到了飞速发展。目前,对多光子电离解离过程的研究已经成为原子分子物理学重要研究领域之一。
团簇是由几个乃至数千个原子或分子通过一定的化学或物理结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体。近年来,团簇的研究,尤其是氢键团簇,越来越受到人们的重视。氢键作为分子间的相互作用力在很多科学问题中扮演着重要的角色,溶解、能量转移和化学反应都离不开氢键的作用,特别是发生在氢键团簇内的质子转移反应。
酚类化合物中含有羟基,它可以与水分子或醇类分子形成氢键,在一般情况下,酚羟基比醇羟基的极化程度更高,因此,酚比相应的醇形成的氢键要强。所以,对于酚类的研究,有助于人们对氢键的认识。另外,间甲苯酚是苯的重要衍生物,因此,我们可以通过对间甲苯酚的研究来获得有关苯分子的更多的信息。
乙醚分子可作为质子受体与水分子、醇类分子形成氢键,因此,可以通过对乙醚与水混合团簇的研究了解它与其他物质发生作用的机理。另外,通过对乙醚与水混合团簇的研究,我们还可以进一步了解氢键团簇内部发生质子转移反应的机理。
本论文主要包括两部分内容。第一部分,利用355nm激光作为光源对间甲苯酚分子进行了多光子电离解离(MPID)研究,得到了间甲苯酚分子的多光子电离飞行时间质谱图,实验中没有观测到母体离子信号。对其中的部分产物离子进行分析,得出了该波长下主要的解离电离通道。利用从头算理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对质荷比为109(C7H8OH+)离子的可能构型进行优化,得到了其稳定构型。通过C7H8OH+离子的势能面扫描计算得到,C7HsOH+离子的形成是一个无势垒的反应过程。第二部分,应用多光子电离技术结合飞行时间质谱仪对乙醚与水的混合团簇进行了研究,实验中观测到了多个序列的质子化团簇:(CH3CH2OCH2CH3)nH+(n=1、2…6)、(CH3CH2OCH2CH3)nH2OH+(n=1、2…4)和(CH3CH2OCH2CH3)n(H2O)2H+ (n=2、3、4)。通过对质谱的研究发现,(CH3CHOCH2CH3)3H2OH+为幻数结构。结合从头计算理论,在B3LYP/6-31G(d)基组水平上对乙醚与水混合团簇的可能构型进行优化,得到了其稳定构型。振动频谱分析显示,团簇中最强的红外振动模式主要来自氢键中H的伸缩振动的贡献。
本论文具体内容安排如下:
1.多光子电离技术的发展及应用;团簇以及氢键团簇的简述;介绍了研究团簇的实验方法和理论计算方法。
2.实验设备和实验方法。
3.间甲苯酚分子的多光子电离质谱研究。通过分析,得出间甲苯酚分子主要的解离电离通道。
4.乙醚与水混合团簇的质谱研究及理论计算。