Импульсные и непрерывные источники излучения для терагерцовой спектроскопии молекул и кристаллов

• Автор: Смирнова, Ирина Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 147 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа посвящена развитию оптической спектроскопии в терагерцовом диапазоне частот методом импульсной терагерцовой спектроскопии и методом фурье-спектроскопии с синхротронным источником излучения для исследования молекулярных кристаллов и газов. На основе источника лазерных импульсов фемтосекундной длительности был создан импульсный терагерцовый спектрометр для проведения исследований. В качестве объектов исследования методом импульсной терагерцовой спектроскопии выбраны молекулярные кристаллы гормонов гестагенной (прогестерон, 17а-гидроксипрогестерон) и кортикостероидной групп (кортизон, кортизол, ацетат кортизона). В качестве объектов исследования методом фурье-спектроскопии в терагерцовом диапазоне частот выбраны газы, относящиеся к алкилфосфатной и алкилфосфонатной группам. В работе проанализировано влияние параметров проводимых измерений методом импульсной терагерцовой спектроскопии на отношение сигнал/шум в спектрах поглощения. Таюке подробно рассмотрен алгоритм обработки данных, установлены возможные артефакты, возникающие при этом, и пути их устранения.
Для анализа спектров поглощения в терагерцовом диапазоне частот используются результаты квантово-механических расчетов колебательных спектров исследуемых веществ, выполненных методом теории функционала плотности. Производится анализ полученных данных, позволяющий приписать наблюдаемые пики определенным молекулярным движениям, а также исследовать влияние межмолекулярных связей на положение максимумов поглощения в спектрах поглощения для кристаллических сред и чувствительность спектров поглощения к конформационному состоянию молекул для газовых сред.

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕХНИКА ТЕРАГЕРЦОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ, МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
§1.1. Методы и техника импульсной терагерцовой спектроскопии с помощью источников фемтосекундных лазерных импульсов
1.1.1. Методы генерации и регистрации импульсного терагерцового излучения
1.1.2. Экспериментальная схема импульсного терагерцового спектрометра на основе источника фемтосекундных лазерных импульсов
1.1.3. Спектральные и временные характеристики созданного импульсного терагерцового спектрометра
1.1.4. Математическое описание методики получения спектров поглощения
и преломления
1.1.5. Выбор оптимального сценария измерения спектров поглощения молекулярных кристаллов
§ 1.2. Методы и техника фурье-спектроскопии в терагерцовом диапазоне частот
1.2.1. Основы фурье-спектроскопии и принципы построения ИК фурье-спектрометров
1.2.2. Фурье-спектрометр на базе излучения станции AILES синхротрона SOLEIL
§1.3. Основы метода теории функционала плотности для расчета колебаний молекулярных систем
§ 1.4. Выводы к главе

ГЛАВА 2. ИМПУЛЬСНАЯ ТЕРАГЕРЦОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ГОРМОНОВ В ФОРМЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КРИСТАЛЛОВ
§2.1. Гестагенные и кортикостероидные гормоны как классы веществ
§2.2. Спектроскопические методы исследования стероидов в различных частотных диапазонах (обзор литературы)
§2.3. Параметры компьютерного моделирования колебаний молекул в молекулярных кристаллах
§2.4. Результаты экспериментального исследования кортикостероидных гормонов
2.4.1. Прогестерон
2.4.2. 17а-гидроксипрогестерон
2.4.3. Кортизон
2.4.4. Кортизол и ацетат кортизона
2.4.5. Сравнение спектров поглощения поликристаллического образца и с его раствором в метиловом спирте на примере прогестерона
§2.5. Обсуждение результатов экспериментальных исследований кортикостероидных гормонов
2.5.1. Соответствие специфических типов колебаний ряда кортикостероидных гормонов различным частотным диапазонам
2.5.2. Нормальные колебания молекул в кристаллах прогестерона и 17а-гидроксипрогестерона
2.5.3. Температурная динамика ТГц спектров поглощения прогестерона
§2.6. Выводы к главе

не ограничен и при переходе в частотное представление его спектральная плотность мощности зависит от параметров дискретизации.
г < Ч

Рис. 1.8. Спектр отношения сигнал/шум (слева) и спектр динамического
диапазона (справа)
Спектр соотношения сигнал/шум и спектр динамического диапазона, вычисленные по указанному алгоритму, представлены на рис. 1.8. При введенном определении отношения сигнал/шум для однозначного детектирования полезного сигнала величина сигнал/шум должна составлять не менее 5 согласно критерию Розы (Rose criterion) [69]. Таким образом, рабочим диапазоном нашего спектрометра можно считать диапазон от 0,5 до 3 ТГц. В области максимальной чувствительности спектрометра (1 ТГц) возможный детектируемый коэффициент поглощения лежит в пределах 0,3-50 см"1 при толщине образца 1 мм.
Заметим, что существует и другие подходы по определению величины сигнал/шума и динамического диапазона [например, 70]. Преимуществом использованного подхода является четкий алгоритм по определению указанных параметров независимо для временного представления с получением конкретных значений и для спектрального представления с получением спектров указанных параметров. С другой стороны, установление влияния различных