【摘要】：太赫兹波通常指的是频率在0.1-10THz(波长为30-3000μm)范围内的电磁辐射,在电磁波谱中位于微波与红外辐射之间。太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是20世纪90年代兴起的一种新的光谱测试技术,由于太赫兹光子具有瞬态性、相干性、宽带性、低能性、高空间分辨率的特性,经过二十来年的发展,已经逐渐应用于生物材料、化学材料、纺织材料、安全检测等诸多领域。由于太赫兹辐射对物质分子的自身转动,分子骨架的振动,分子间的相互作用,晶格振动等都十分的灵敏,故利用太赫兹时域光谱技术研究丝素寡肽与蚕丝的结构信息与振动信息是一种新的分析方法。本文利用太赫兹时域光谱系统,首先对组成蚕丝的四种主要氨基酸(甘氨酸48%,丙氨酸27.03%,丝氨酸12.45%,酪氨酸6.44%)进行THz光谱测试,获得了纯氨基酸与混合氨基酸的时域谱图,频域谱图,吸收谱图与折射率谱图;研究氨基酸样品浓度对光谱的影响,通过与前人发表的氨基酸THz光谱图进行比较,验证测试结果的准确性。然后对组成丝素的主要重复肽段(二肽甘氨酸-丙氨酸,甘氨酸-丝氨酸,甘氨酸-酪氨酸,四肽甘氨酸-丙氨酸-丙氨酸-丝氨酸,六肽甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丝氨酸,甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-酪氨酸)及二肽的同分异构体(丙氨酸-甘氨酸,丝氨酸-甘氨酸,络氨酸-甘氨酸)进行THz光谱测试,并利用Gaussian 03软件中的密度泛函理论对这六种二肽进行分子理论模拟计算,讨论分析二肽同分异构体在THz波段的振动模式;接着比较四肽、六肽与其同分异构体在THz波段的吸收特性,研究寡肽端基(N基与C基)对寡肽分子链段的振动影响,并将寡肽与混合氨基酸的吸收谱图进行比较分析,进一步讨论寡肽在THz波段的振动模式。最后,利用太赫兹时域光谱,远红外光谱,中红外光谱研究四种蚕丝(白厂丝,天然彩丝,天然染料染色丝,合成染料染色丝)在红外与太赫兹波段的光谱特性。通过研究蚕丝在中红外波段的官能团与基团,在远红外波段的分子骨架振动,分子间的相互作用,讨论天然彩丝和人工染色丝(天然染料和合成染料)在红外与远红外波段进行区分的可行性。研究结果表明:(1)丝素中四大氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸和酪氨酸)在太赫兹波段有灵敏的光谱响应,在其有效光谱范围内,都表现出各自的特征吸收峰,表明利用太赫兹时域光谱技术能够区分不同种类的氨基酸。(2)将混合氨基酸的THz吸收光谱图与混合氨基酸理论叠加的吸收谱图进行比较分析,发现理论吸收谱图中的吸收峰有大部分能够与实验吸收峰相对应,说明氨基酸混合物的太赫兹光谱特征有一部分是来自于各种氨基酸在THz波段吸收特性的叠加。(3)对于丝素二肽(甘氨酸-丙氨酸,甘氨酸-丝氨酸,甘氨酸-酪氨酸)与其同分异构体(丙氨酸-甘氨酸,丝氨酸-甘氨酸,丝氨酸-甘氨酸)的THz光谱研究表明:虽然丝素二肽与其同分异构体都有相同的基团或官能团,但他们在THz波段的吸收特性却表现出很大的差异;利用Gaussian软件对各二肽分子进行模拟计算,理论计算结果表明二肽分子在THz波的振动吸收峰有一部分是由于二肽分子的集体振动模式引起的,是分子内作用力导致了其在THz波段不同的吸收特性。(4)四肽(甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸)、六肽(甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸)与其同分异构体(丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸、丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸-丙氨酸-甘氨酸)的THz吸收光谱图表明,虽然他们都具有相同的基团或官能团,但他们在THz波段的吸收特性却表现出很大的差异,说明当肽链增长到六肽时,端基(N基与C基)对寡肽分子链段的振动影响仍然非常大(寡肽与其同分异构体的唯一区别-NH2-与-COOH-的位置),使其在THz波段的吸收特性表现出明显的差异。且对比分析了寡肽与混合氨基酸的吸收谱图可知,虽然寡肽与混合氨基酸具有一部分相同的基团或官能团,但他们在THz波段所表现的特征却完全不同,说明各个分子的吸收峰是由分子的集体振动模式造成的,而并非像中红外光谱中的吸收峰是由物质的基团或官能团决定的。(5)天然彩丝和人工染色丝的中红外光谱图表明,这四种蚕丝(白厂丝,天然彩丝,天然染料染色丝,合成染料染色丝)都存在相同的基团与官能团,不能对他们进行区分;远红外光谱测试结果表明,根据这四种蚕丝不同的吸收系数和吸收峰相对强度,可以区分蚕丝是否染过色;太赫兹光谱测试结果表明,根据四种蚕丝不同的吸收系数与折射率,可以对他们进行区分。这一研究成果将进一步拓宽远红外波段的应用领域,对天然彩丝与染色丝的无损鉴别方面,具有重要的意义与应用前景。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3;TS107.2
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