zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-719Research ArticleСтатьиИсследование барбитуровой кислоты с использованием терагерцовой спектроскопии и молекулярного моделированияTerahertz spectroscopy and molecular modeling of barbituric acidZhengZh.ZhengZh.

Сиань 710121.

Xi'an 710121.

zhengzhuanp@xupt.edu.cnLiCh.LiCh.

Сиань 710121.

Xi'an 710121.

DongJ.DongJ.

Сиань 710121.

Xi'an 710121.

ZhouSh.ZhouSh.

Сиань 710121.

Xi'an 710121.

Школа электронной инженерии Сианьского университета почты и телекоммуникацийSchool of Electronic Engineering at Xi'an University of Posts&Telecommunication202027112020876867872Copyright © Zheng Z., Li C., Dong J., Zhou S., 20202020Zheng Z., Li C., Dong J., Zhou S.Zheng Z., Li C., Dong J., Zhou S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/719

С помощью терагерцовой спектроскопии во временной области исследован спектр ТГц-поглощения барбитуровой кислоты. В диапазоне 10-124 см-1 наблюдались четыре отчетливые спектральные терагерцовые особенности и два плечевых пика. Полный анализ выполнен с помощью теории функционала плотности, которая обеспечила согласие между твердотельным моделированием и экспериментом. Показано, что шесть экспериментальных спектральных особенностей, наблюдаемых при низкой температуре, состоят из девяти ИК активных колебательных мод. Дальнейшее моделирование на основе изотопов водородных связей выполнено для изучения участия водородных связей в коллективных модах. Особенность при 118.0 см-1 в основном связана с коллективным колебанием водородных связей димера (m), в то время как при 102.0 и 109.6 см-1 — с коллективными колебаниями линейных водородных связей (n). Результаты могут быть полезны для мониторинга молекулярной реакции в промышленном производстве по состоянию водородных связей.

The well-resolved terahertz (THz) absorption spectrum of barbituric acid has been investigated using terahertz time-domain spectroscopy. Four distinct THz spectral features and two shoulder peaks were observed in the range of 10-124 cm-1. A complete analysis was performed with density functional theory, which provided an excellent agreement between solid-state simulation and experiment. The solid-state analysis indicates that the six experimental spectral features observed at low temperature consist of nine infrared-active vibrational modes. Further simulations based on hydrogen-bond isotopologues were performed to study the involvement of hydrogen bonds in the collective modes. A feature at 118.0 cm-1 mainly stems from the collective vibration of dimer hydrogen bonds (m) while features at 102.0 and 109.6 cm-1 primarily come from the collective vibrations of linear hydrogen bonds (n). The results may be useful for monitoring molecular reaction in industrial production according to the state of hydrogen bonds.

терагерцовая спектроскопия во временной областимоделированиебарбитуровая кислотатеория функционала плотностиводородная связьterahertz time-domain spectroscopysimulationbarbituric aciddensity functional theoryhydrogen bondThis work was supported by the National Science Foundation for Young Scientists of China (Grant No. 11604263) and the education department of Shaanxi Province (Grant No. 16JK1698).ReferencesD. Dragoman, M. Dragoman, Prog. Quantum Electron., 28, 1-66 (2004).D. Dragoman, M. Dragoman, Prog. Quantum Electron., 28, 1-66 (2004).M. Mizuno, A. Y. Kaori, J. Biol. Phys., 41, 293-301 (2015).M. Mizuno, A. Y. Kaori, J. Biol. Phys., 41, 293-301 (2015).Z. X. Li, J. Zhou, X. S. Guo, B. B. Ji, W. Zhou, D. H. Li, J. Appl. Spectrosc., 85, No. 5, 840-844 (2018)Z. X. Li, J. Zhou, X. S. Guo, B. B. Ji, W. Zhou, D. H. Li, J. Appl. Spectrosc., 85, No. 5, 840-844 (2018)X. Wu, Y. X. Xu, L. Wang, Appl. Phys. Lett., 101, 033704 (2012).X. Wu, Y. X. Xu, L. Wang, Appl. Phys. Lett., 101, 033704 (2012).M. D. King, W. Ouellette, T. M. Korter, J. Phys. Chem., 115, 9467-9478 (2011).M. D. King, W. Ouellette, T. M. Korter, J. Phys. Chem., 115, 9467-9478 (2011).L. Liu, L. Shen, F. Yang, F. Han, P. Hu, M. Song, J. Appl. Spectrosc., 83, 603-609 (2016).L. Liu, L. Shen, F. Yang, F. Han, P. Hu, M. Song, J. Appl. Spectrosc., 83, 603-609 (2016).M. D. King, W. D. Buchanan, J. Pharm. Sci., 83, 3786-3792 (2011).M. D. King, W. D. Buchanan, J. Pharm. Sci., 83, 3786-3792 (2011).C. T. Konek, B. P. Mason, J. P. Hooper, C. A. Stoltz, J. Wilkinson, Chem. Phys. Lett., 489, 48-53 (2010).C. T. Konek, B. P. Mason, J. P. Hooper, C. A. Stoltz, J. Wilkinson, Chem. Phys. Lett., 489, 48-53 (2010).P. M. Hakey, D. G. Allis, M. R. Hudson, W. Ouellette, T. M. Korter, Chem. Phys. Chem., 10, 2434-2444 (2009).P. M. Hakey, D. G. Allis, M. R. Hudson, W. Ouellette, T. M. Korter, Chem. Phys. Chem., 10, 2434-2444 (2009).M. Takahashi, N. Okamura, X. Fan, H. Shirakawa, H. Minamide, J. Phys. Chem. A, 121, 2558-2564 (2017).M. Takahashi, N. Okamura, X. Fan, H. Shirakawa, H. Minamide, J. Phys. Chem. A, 121, 2558-2564 (2017).C. Oppenheim, T. M. Korter, J. S. Melinger, D. R. Grischkowsky, J. Phys. Chem. A, 114, 12513-12521 (2010).C. Oppenheim, T. M. Korter, J. S. Melinger, D. R. Grischkowsky, J. Phys. Chem. A, 114, 12513-12521 (2010).J. Dong, Z. Zhang, H. Zheng, M. Sun, Nanophotonics, 4, 472-490 (2015).J. Dong, Z. Zhang, H. Zheng, M. Sun, Nanophotonics, 4, 472-490 (2015).B. Lei, J. Wang, J. Li, J. Tang, Y. Wang, W. Zhao, Y. Duan, Opt. Express, 27, 20541-20557 (2019).B. Lei, J. Wang, J. Li, J. Tang, Y. Wang, W. Zhao, Y. Duan, Opt. Express, 27, 20541-20557 (2019).A. J. Barnes, L. L. Gall, J. Lauransan, J. Mol. Struct., 56, 29-39 (1979).A. J. Barnes, L. L. Gall, J. Lauransan, J. Mol. Struct., 56, 29-39 (1979).S. Sebastian, H. T. Varghese, Y. S. Mary, C. Y. Panicker, Orient. J. Chem., 26, 1139-1142 (2010).S. Sebastian, H. T. Varghese, Y. S. Mary, C. Y. Panicker, Orient. J. Chem., 26, 1139-1142 (2010).S. J. Clark, M. D. Segall, C. J. Pickard, P. J. Hasnip, M. J. Probert, K. Refson, M. C. Payne, Z. Kristal-logr., 220, 567-570 (2005).S. J. Clark, M. D. Segall, C. J. Pickard, P. J. Hasnip, M. J. Probert, K. Refson, M. C. Payne, Z. Kristal-logr., 220, 567-570 (2005).L. Kleinman, D. M. Bylander, Phys. Rev. Lett., 48, 1425 (1982).L. Kleinman, D. M. Bylander, Phys. Rev. Lett., 48, 1425 (1982).J. P. Perdew, J. A. Chevary, S. H. Vosko, K. A. Jackson, M. R. Pederson, D. J. Singh, C. Fionlhais, Phys. Rev. B, 46, 6671-6687 (1992).J. P. Perdew, J. A. Chevary, S. H. Vosko, K. A. Jackson, M. R. Pederson, D. J. Singh, C. Fionlhais, Phys. Rev. B, 46, 6671-6687 (1992).T. C. Lewis, D. A. Tocher, S. L. Price, Cryst. Growth Des., 4, 979-987 (2004).T. C. Lewis, D. A. Tocher, S. L. Price, Cryst. Growth Des., 4, 979-987 (2004).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.