本技术基于太赫兹光谱技术和固态密度泛函理论,提供了一种实验和理论结合研究对羟基苯甲酸甲酯振动模式与弱相互作用的方法。首先利用太赫兹时域光谱系统测量对羟基苯甲酸甲酯在0.5‑3.0THz范围内的吸收光谱;然后采用基于周期性体系的固态密度泛函软件CRYSTAL17对晶体进行结构优化以及频率计算,得到样品的红外吸收光谱;最后将计算光谱与实验光谱进行对比分析,并应用振动模式自动相关性确定方法对其振动模式进行分配,基于Hirshfeld分区的独立梯度模型对弱相互作用进行深入解析,探究太赫兹光谱中的吸收峰的来源。本发明通过这些分析,补充了对羟基苯甲酸甲酯晶体微观层面信息,这对于预测分子结构和材料性质的探究,具有深远的意义。
背景技术
为了满足食品多样化和延长食品保质期的需求,各类添加剂和防腐剂广泛应用于不同的领域。近年来,非法使用食品添加剂的现象屡见不鲜,食品添加剂使用不当可能会危及人体健康。因此,鉴定与研究这类物质对质量保证和消费者安全尤为重要。对羟基苯甲酸甲酯(Methylparaben,MeP)是对羟基苯甲酸的衍生物,是一种稳定的非挥发性化合物,它天然存在于云莓、白葡萄酒和波旁香草中,对羟基苯甲酸甲酯因具有抗微生物和抗真菌的效果,常被用作食品、化妆品和制药工业中的防腐剂,且在食品、药品和化妆品中用作抗菌防腐剂已有50多年的历史。对羟基苯甲酸甲酯作为一种分子晶体,在常温下一般以固态形式出现,组装其分子晶体的填充力是非共价的,如氢键和范德华相互作用。尽管这些弱分子间力非常微弱,但他们在各种物理、化学和生物现象中却起着重要作用。然而,荧光光谱、单晶X射线衍射以及液相色谱法等传统的检测方法却无法充分描述晶体中的分子间相互作用。
基于太赫兹实验光谱和固态密度泛函计算相结合,可以从微观角度探究对羟基苯甲酸甲酯中的振动模式以及弱相互作用,进而推测物质的性质与反应机理。在过去的几十年里,太赫兹技术以及处理非共价相互作用的第一性原理理论的发展,使得太赫兹光谱成为晶体弱键检测的有力工具。这表明太赫兹光谱学结合第一性原理计算能够以非破坏性的方式提供晶体中分子弱相互作用的信息。
实现思路