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拉曼散射光谱可以反映分子的振动信息，通过分析光谱的振动峰可以对不同分子进行识别。表面增强拉曼散射(SERS)效应是英国科学家Fleischmann等人在1974年首次发现的。近年来，DFT计算方法可以用于优化分子的结构和预测分子的红外吸收和拉曼光谱，并可用于拉曼峰强的预测及对峰位的指认。应用拉曼光谱、表面增强拉曼光谱和DFT计算研究分子的构型及其在贵金属表面上的吸附行为已成为研究热点。本学位论文通过拉曼光谱和理论计算先后研究了苯甲酸和邻苯二甲酸分子在金基底上的吸附行为及肌酸酐和肌酸酐离子在水溶液中的互变异构平衡。主要内容如下:
(1).苯甲酸(BA)和邻苯二甲酸(PTA)分子是最简单的芳香羧酸化合物分子，它们可认为是用SERS光谱技术研究芳香羧酸类化合物与金属表面作用的典型的模型化分子。在本文中，通过SERS结合理论计算(DFT)方法研究了苯甲酸和邻苯二甲酸的结构及其在金属表面的吸附行为。实验结果表明BA和PTA可能都以桥式结构吸附到金表面，即，羧酸根基团是通过羧酸根基团上的两个氧原子键合到金上的。比较这两种物质的实验SERS光谱与这两种物质同金原子形成的复合体的预测光谱，表明BA吸附到金表面倾向于一个垂直的取向而不是平躺的，PTA则以一个微小的倾角，以一个二腿几何构型“站立”到金表面，也就是，羧酸根基团上所有的四个氧原子都与金属表面作用。除此之外，我们还比较了这两种物质的SERS光谱的差异，这可能在将来的食品安全领域作为一种潜在的分析技术。
(2).肌酸酐是人体尿液中的一种主要组成成分和肌肉的代谢产物。在本文中，肌酸酐随pH值变化的拉曼光谱的测量是为了探索pH值对其拉曼光谱的影响。首先，我们利用DFT计算了其振动光谱来获得肌酸酐的互变异构平衡几何构型及其质子化形式。对比于肌酸酐水溶液在pH2时实验和模拟的拉曼光谱.发现当七个水分子加在肌酸酐分子周围时，理论预测光谱与实验符合得很好。此外，我们还讨论了肌酸酐水溶液中的互变异构平衡，通过比较其实验和计算拉曼光谱发现两种互变异构体共存于水溶液中。一个水的二聚体放在肌酸酐分子周围，可使其热动力学能从亚氨基异构体到氨基异构体。最后通过分析肌酸酐的分子静电势能图，进一步地解释了在不同pH值下典型的实验拉曼光谱存在差异的原因。