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团簇是单个原子分子到宏观固体之间的过渡态,代表了凝聚态物质的初始状态。氢键是最基本的化学相互作用力之一,溶剂化、能量转移和化学反应等许多现象都受氢键的影响。近年来,弱氢键或非常规氢键一直是受到密切关注的课题,而带有放射性标记18F的化合物可用于检测癌症的成像技术中。且一些药品分子为F的取代物,所以研究涉及F的弱氢键相互作用将对这些重要的化合物的结合模式和运动模式产生新的见解。而氢键团簇的结构分析将引导我们从一个比较简单的层次了解复杂的生命现象及机理。
共振增强双(多)光子电离(REMPI)结合飞行时间质谱在电离与探测过程中实现了光谱与质谱的双重选择,具有高灵敏度、高分辨率、多组分探测等优点,在物质成分分析等方面起到了重要作用,近年来与很多学科进行了交融,取得了很多科研成果。由氢键或范德华力结合的芳香分子团簇是在分子水平上研究生物科学,有机物和环境科学的理想媒介物质。通过共振双光子电离质谱(R2PI/MS)研究可解析质量的芳香分子的团簇构型,能量和分子动力学为研究这类相互作用提供了强有力的工具。
本文利用脉冲分子束和飞行时间质谱仪并结合Gaussian03程序系统的研究了1—氟萘团簇的双光子电离。
(1)用超声分子束和飞行时间质谱仪研究了1—氟萘二聚体在(304nm—322nm)范围内的单色共振双光子电离谱。1—氟萘二聚体的光谱呈现明显加宽的特征,在1—氟萘S1←S0跃迁基线(313.8nm)附近约315nm处观测到线宽约为2nm的红移谱带。考虑到二聚体的诱导效应并结合ab initio计算,该红移谱带被标定为1—氟萘二聚体的S1←S0跃迁。计算指出,1—氟萘二聚体的最可能构型是两个1—氟萘分子通过氢键结合而形成的平面结构,属C2h点群(见正文图4—7)。含时密度泛函(TD)计算显示:1—氟萘二聚体的最低电子激发能低于1—氟荼的激发能,该结果也与实验值一致。
(2)用超声脉冲分子束技术和飞行时间质谱仪研究了1—氟萘团簇的紫外激光(281nm)电离质谱。实验中观测到一系列1—氟萘团簇离子(1FN)n+(n=1—3),离子的强度随团簇尺寸的增大而减小。电离激光的强度对(1FN)+离子信号质谱峰形有明显影响,而对(1FN)2+和(1FN)3+的影响相对较小。随激光强度的增大,观测到(1FN)+谱峰发生明显的漂移和分裂。用密度泛函理论,在B3LYP/6—311++g(d,p)基组水平上对1—氟萘及其二聚体的可能构型进行了计算,得到1—氟萘的二聚体最优构型为平面结构,其电离能为7.44eV,此电离能稍小于1—氟萘单体的电离能(其实验值为8.15eV[61])。1—氟萘团簇在281nm(4.41eV)紫外激光作用下,可能通过(1+1)双光子过程而电离。