基于太赫兹辐射的糖类异构体信息提取方法研究

应用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)获取了两种互为异构体的糖类D-(+)-葡萄糖和D-(-)-果糖的太赫兹吸收谱,发现D-(+)-葡萄糖和D-(-)-果糖在0.3~1.72 THz频段内太赫兹吸收峰位存在明显区别,可以由1.41和1.66 THz两个吸收峰位鉴别D-(+)-葡萄糖和D-(-)-果糖。为研究D-(+)-葡萄糖太赫兹光谱吸收峰形成机理,首先构建了D-(+)-葡萄糖的单分子构型,采用密度泛函理论中的B3LYP泛函,利用Gaussian09完成对D-(+)-葡萄糖单分子构型的结构优化与频率计算。将量子化学计算结果与实验谱对比发现,基于D-(+)-葡萄糖单分子构型的量子化学计算结果与实验谱差异较大。然后构建了D-(+)-葡萄糖晶胞构型,采用广义梯度近似中的PBE泛函,利用CASTEP软件完成对D-(+)-葡萄糖晶胞构型的结构优化与频率计算。将量子化学计算结果与实验谱对比发现,基于D-(+)-葡萄糖晶胞构型的量子化学计算结果与实验谱较为吻合。D-(+)-葡萄糖晶胞构型量子化学计算时,因较为全面的考虑了分子间的氢键及范德华力的作用,说明D-(+)-葡萄糖在1.41 THz处吸收峰的形成为分子间弱相互作用。其次通过Materials Studio 2017软件指认了D-(+)-葡萄糖在1.41 THz吸收峰处的振转模式,发现D-(+)-葡萄糖在1.41 THz吸收峰主要是分子之间的相互作用,进一步说明D-(+)-葡萄糖在1.41 THz处的吸收峰主要是分子间的弱相互作用。在量子化学计算结果的基础上利用Multiwfn软件对D-(+)-葡萄糖晶胞进行RDG计算,利用VMD软件对D-(+)-葡萄糖晶胞中分子间的弱相互作用的类型、位置和强度进行可视化研究。研究结果表明,利用太赫兹时域光谱技术能够敏锐地感知糖类物质结构的细微变化,并能够正确鉴别其同分异构体。

氨基酸太赫兹光谱中的散射基线拟合

利用太赫兹时域光谱系统测试固体样品,获取该样品的太赫兹吸收谱后对其进行定量及定性分析是太赫兹应用的一个重要方面.目前太赫兹吸收谱已成功用于被测样品的定性分析.在传统定量分析中,样品颗粒会引起太赫兹波散射,进而形成吸收谱“基线”,该基线会导致基于传统吸收谱的定量分析误差较大,因此提高基于吸收谱的定量分析精度必须降低或消除吸收谱中的散射效应.将样品颗粒粒度、折射率以及致密度等影响样品散射的因素量化成太赫兹吸收谱的“基线”,提出一种基于数据及粒度因素的散射基线拟合方法.该法可在样片参数部分未知的情况下,通过样品本征吸收与散射吸收与频率的不同依赖关系,将吸收谱中本征吸收峰从散射吸收背景中提取分离,最终形成表征物质结构特性的本征吸收谱.研究表明:该方法拟合的基线斜率与样片粒度大小成正比,能够部分消除粒度因素对太赫收谱和折射率谱兹吸收谱中散射损耗的影响.

基于NB-IoT和Stm32的温室大棚环境多点监测系统

针对蔬菜温室大棚需要实时监测环境参数的问题,提出并设计了一种新型的温室大棚环境监测系统。该系统基于NB-IoT通信技术和Stm32微处理器,采用高精度温湿度传感器DHT22采集大棚各项环境参数。克服了数据采集过程中移动平均滤波算法无法克服大脉冲干扰的问题。搭载Uc/OsIII和emwin支持下的用户界面,并且配备手机APP端,可实时查看环境参数,极大地简化了用户操作复杂度。测试表明,数据稳定可靠,测量精度高,能够满足温室大棚的监控需要。