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常见有机磷农药的光谱特性及应用研究

作　者: 陈超
导　师: 陈国庆
学　校: 江南大学
专　业: 光学工程
关键词: 有机磷农药光谱量子化学分子构型稳定性
分类号: S482
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文使用英国Edinburgh公司生产的FLS920P多功能光谱仪，测量了三种常见有机磷农药对硫磷、甲基对硫磷和水胺硫磷的甲醇溶液和乙醇溶液的吸收光谱和三维荧光光谱，并分析了它们的吸收光谱和荧光光谱的特性。使用量子化学计算软件构建了其中两种农药的分子构型，对所建构型进行了优化，并计算了它们的光谱，从计算结果中分析光谱产生的机理。运用光谱技术测量了三种农药在不同紫外光照时间和不同温度下的荧光光谱，分析它们在紫外光照后的荧光光谱变化情况、温度特性和光谱变化的机理。实验测量了三种常见有机磷农药对硫磷、甲基对硫磷和水胺硫磷的甲醇溶液和乙醇溶液的吸收光谱和荧光光谱，分别得到了每种农药的吸收范围、吸收峰值波长、吸光度和荧光的有效激发波长范围、最佳激发波长、发射波长范围、荧光峰值波长等光谱特性参数。结果表明，这几种农药对紫外光有较强的吸收，并且能在紫外光的激励下产生荧光。三种农药的甲醇/乙醇溶液的吸收峰分别为：对硫磷304nm/298nm；甲基对硫磷304nm/304nm；水胺硫磷286nm/286nm。荧光峰值波长分别为：对硫磷404nm/403nm；甲基对硫磷407nm/402nm；水胺硫磷423nm/415nm。分析认为光谱是由农药分子中S原子上的n电子跃迁而产生的，取代基类型和取代基位置的不同造成了三种农药溶液光谱特性的差异，它们的荧光特性符合共轭芳族化合物荧光峰随着溶剂极性增大而发生红移的规律。使用量子化学计算软件GaussView5.0构建了对硫磷和甲基对硫磷这两种农药的分子构型，使用软件Gaussian09w，采用半经验法AM1优化了它们的基态构型，采用了单电子激发组态相互作用CI-S将已优化完成的基态构型优化成激发态构型。在此基础上，采用含时密度泛函TD-DFT，在B3LYP/6-31+G （d）水平下计算了基态构型的吸收光谱和激发态构型的荧光发射光谱。两种农药吸收峰的理论计算值和甲醇溶液的实验值分别为：对硫磷277.23nm/304nm，甲基对硫磷276.21nm/304nm，荧光峰的理论计算值和甲醇溶液的实验值分别为：对硫磷397.26nm/404nm，甲基对硫磷398.70nm/407nm，计算值和实验值基本吻合，说明计算方法和得到的构型都是合理的。计算获得了产生吸收光谱主要的跃迁能级为：对硫磷75（HOMO）→77（LUMO），甲基对硫磷为65（HOMO）→69（LUMO），通过比较优化完成的基态构型和激发态构型的参数，推断它们分子结构中的S原子上n电子受到光子激励后产生离域后，激发态的电子通过π₁^*→π₁辐射跃迁回到基态，产生荧光。实验测量了这三种农药在紫外光照和不同温度下的荧光光谱。获得了三种农药在不同时间的紫外光照和不同温度下的荧光光谱和光谱特性，分析了它们在不同时间的紫外光照下光谱特性变化、温度特性和光谱变化的机理。本文的研究结果为丰富和发展有机磷农药的检测技术提供新的思路，可为促进有机磷农药监管领域的方法创新和技术的进步提供一些理论支持和帮助。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 农药  9-11
    1.1.1 农药简介  9-10
    1.1.2 有机磷农药的发展历史和作用方式  10-11
  1.2 农药检测技术的国内外情况和光谱检测的优点  11-13
    1.2.1 农药检测技术的国内外情况  11
    1.2.2 光谱检测的优点  11-13
  1.3 本课题的主要研究工作和主要创新点  13-15
    1.3.1 主要研究工作  13
    1.3.2 主要创新点  13-15
第二章吸收光谱和荧光光谱分析法  15-19
  2.1 吸收光谱和荧光光谱的基本原理  15
  2.2 吸收光谱  15-16
    2.2.1 吸收光谱的原理  15
    2.2.2 吸收光谱的特性参数  15-16
  2.3 荧光光谱  16-19
    2.3.1 荧光的原理  16
    2.3.2 荧光光谱的特性参数  16-17
    2.3.3 几种常见的荧光光谱技术  17-19
第三章实验样品和实验仪器  19-23
  3.1 实验样品  19-20
    3.1.1 样品来源及规格  19
    3.1.2 三种农药样品的理化特性  19
    3.1.3 溶液的配制方法  19-20
  3.2 实验仪器  20-21
  3.3 本章小结  21-23
第四章三种有机磷农药的光谱特性研究  23-29
  4.1 三种有机磷农药的吸收光谱  23-24
  4.2 三种有机磷农药及溶剂的荧光光谱  24-26
  4.3 讨论  26-27
    4.3.1 吸收光谱与荧光光谱的特性分析  26
    4.3.2 溶剂对光谱特性的影响  26-27
  4.4 本章小结  27-29
第五章对硫磷和甲基对硫磷光谱的量子化学计算  29-39
  5.1 计算方法  29-33
    5.1.1 半经验法 AM1  29
    5.1.2 组态相互作用（CI）方法  29-31
    5.1.3 含时密度泛函  31-33
  5.2 构建分子构型和量子化学计算步骤  33
    5.2.1 构建分子构型  33
    5.2.2 量子化学计算步骤  33
  5.3 结果和讨论  33-37
    5.3.1 振动分析  33-34
    5.3.2 基态构型和激发态构型  34-36
    5.3.3 光谱的理论值和实验值  36-37
  5.4 本章小结  37-39
第六章应用荧光光谱技术研究三种农药的稳定性  39-47
  6.1 实验方法  39
    6.1.1 农药对紫外光照稳定性的实验方法  39
    6.1.2 农药对温度稳定性的实验方法  39
  6.2 实验结果  39-44
    6.2.1 三种农药在不同时间的紫外光照下的荧光光谱  39-41
    6.2.2 三种农药在不同温度下的荧光光谱  41-44
  6.3 讨论  44-45
    6.3.1 三种农药对紫外光稳定性的讨论  44
    6.3.2 三种农药对不同温度稳定性的讨论  44-45
  6.4 本章小结  45-47
第七章总结和展望  47-49
  7.1 总结  47-48
  7.2 展望  48-49
致谢  49-51
参考文献  51-55
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  55

常见有机磷农药的光谱特性及应用研究

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