基于Gaussian计算分析傅里叶红外光谱实验值
本文摘要：（由ai生成）
本文探讨了红外光谱分析在材料科学与化学中的应用，并介绍了利用Gaussian软件模拟苯酚红外光谱的方法。通过建模、结构优化和计算，Gaussian软件可辅助解析复杂实验光谱，通过调整参数如光谱高度、刻度系数等，准确模拟光谱。这种模拟技术有助于直观分析分子振动情况，确定官能团和振动方式，为材料结构和性质研究提供重要参考。
关键词：Gaussian、GaussView、傅里叶红外光谱（FTIR）、光谱分析、量子化学
近年来，红外光谱分析技术在材料科学和化学领域得到了广泛的应用。红外光谱是一种基于物质分子振动模式的分析方法，可以用于研究物质的结构、组成和性质。然而在实验中，由于各种原因(如仪器限制、环境干扰等),实际测量到的光谱可能会与理论预测有所偏差。为了解决这个问题，我们可以使用Gaussian软件对材料的红外光谱进行模拟。通过对已知物质的红外光谱数据进行拟合，我们可以生成一个描述物质红外光谱行为的模型。然后，将这个模型应用于实际测量的光谱数据，就可以得到对实验光谱峰震动情况的分析结果。本文以将介绍如何使用Gaussian软件模拟材料的红外光谱，并利用这个光谱来分析实验的光谱峰的震动情况。
图1 苯酚使用KBr压片法测试所得的FTIR图谱
图1为苯酚使用KBr压片法测试所得的FTIR图谱，由图可以看到苯酚这个极为简单的小分子材料出现了很多峰，在缺乏一定的分析化学能力的情况下难以正确的对其进行分析。因此我们首先使用GaussView软件对苯酚进行建模，如图2所示。
图2 苯酚模型
首先对结构进行优化，并且对优化后结构进行红外光谱计算，计算完成后将log/out文件使用GaussView打开，调出光谱曲线，如图3所示。理论模拟的光谱和实验光谱常有一定整体的偏差，为了能够尽量相符，我们往往需要一些调节：一是对光谱的高度乘上刻度系数，使模拟光谱的峰高能和实验光谱有较好的对应（通常仅进行定性符合）；另外就是对模拟光谱的横坐标也进行scale或整体加减一个数值，以消除跃迁能量计算的系统性的偏差；此外，有时候还需要调节FWHM和展宽函数使结果更好地接近实验谱。上述优化并不算是弄虚作假，这只是技巧性的使得我们更好地解释实验光谱，当然如果只是想单纯的自己分析一下数据的话，可以直接忽略这一步调节。
图3 苯酚的红外图谱
打开分子的震动频率表，选择与红外图谱中对应的震动频率，为了使得震动方式更为直接，我们将观测条件设置为图4所示，其中红圈部分需要依据不同震动强度进行适当调整。从窗口（图5）中可以看到对应的分子震动方向，对应实验数据中的峰的位置，即可较为直观的分析出特定峰的官能团以及震动方式。
图4 观测条件
图5 对应的分子震动方向(例举)
总之，使用Gaussian软件模拟材料的红外光谱可以帮助我们深入了解材料的结构和性质，并为实验提供重要的参考依据。
