水体特征污染物1，2-二氯苯的拉曼光谱计算及分析

魏艳玲，王德丰，李伟，张殿波

（1.吉林工程技术师范学院 应用理学院，长春 130000；2.中国兵器装备研究院，北京 100089；3.吉林省标准研究院，长春 130000）

随着我国水体环境污染的日益加剧，有关水体中各种污染物质光谱数据的采集显得尤为重要。1，2-二氯苯又叫做邻二氯苯，分子式C6H4Cl2，其分子结构图如图1所示。1，2-二氯苯在氢氧化钠溶液中加热可发生水解反应，生成邻苯二酚［1-3］。1，2-二氯苯的制备可由邻氯苯胺经重氮化、置换获得；另外采用苯液相氯化法和苯气相氧氯化法也可产生二氯苯［4，5］。

1，2-二氯苯为不溶于水易挥发的液体，分子量为147g/mol。在应用领域可用于配制清洗剂和杀虫剂等，还可作为防锈剂、脱脂剂以及冷却剂使用。由于光谱检测技术具有检测操作便捷、耗时短、灵敏度高以及非接触性等优点，利用拉曼光谱技术的检测手段越来越受被大众所认可［6-8］。本文首先对1，2-二氯苯做了空间结构优化，其次基于HF和DFT两种算法得到了1，2-二氯苯的拉曼光谱以及红外光谱，并将两种方法的理论计算结果进行了对比分析，最后给出了其空间结构参数、振动谱指认等。这些工作将有助于1，2-二氯苯分子在水体特性污染物检测中的应用［9-11］。

图1 1，2-二氯苯分子结构图

1 理论计算

本文利用Gaussian03软件计算得到了1，2-二氯苯分子的优化结构、理论拉曼、红外光谱以及分子振动模式等。Gaussian03软件目前是计算化学领域内应用范围最广的综合性计算程序包［12］。在研究化学反应过程、各类型化合物稳态结构的确定、各种谱图的验证及预测、分子各种性质、热力学分析、分子间相互作用、激发态等诸多科学问题中均可以使用到Gaussian03软件。如图2所示为使用Hartree-Fock方法的优化的空间结构图（图中给出了各原子的名称和编号），表1为其空间几何参数。然后分别用HF方法基组为3-21G和DFT方法基组为6-31G计算了1，2-二氯苯分子，图3（a）给出了1，2-二氯苯分子在0～2000cm-1波段基于3-21G基组HF方法的拉曼光谱强度图，图3（b）为1，2-二氯苯分子在3000～3500cm-1计算结果的拉曼光谱强度图，为了给出更多的光谱强度信息，本文也给出了1，2-二氯苯分子在0～2000cm-1、3000～3500cm-1红外光谱强度图，如图4（a），4（b）所示。如图5（a）给出了1，2-二氯苯分子在0～2000cm-1基于DFT/6-31G方法计算的拉曼光谱强度图，图5（b）给出了3000～3500cm-1的计算结果。

图2 基组为6-31G的HF方法优化后1，2-二氯苯分子的空间结构图

表1 Hartree-Fock方法的空间几何参数

图3 1,2-二氯苯分子理论拉曼光谱图

表1优化（DFT）后1，2-二氯苯分子的几何参数及原子编号如图2所示，原子与它前面原子之间的键长，原子与前面两个原子之间的键角，原子与前面三个原子之间的二面角。

本文分别使用DFT和HF两种算法对1，2-二氯苯分子作了计算。为了进一步论证计算的准确性，如图6给出了1，2-二氯苯分子在0～2000cm-1波段HF与DFT方法计算的拉曼光谱之间的对比图。

图4 1,2-二氯苯分子理论红外光谱图

图5 1,2-二氯苯分子理论拉曼光谱图

从图中可以看出两种算法一致性很好但也有些许差异。量子化学的计算方法在处理几何平衡结构中，对力常数估计值过高产生的影响是造成差异的主要原因。

图6 1,2-二氯苯分子在0～2000cm-1波段，HF与DFT方法计算的拉曼光谱之间的对比图

2 分析与讨论

2.1 1，2-二氯苯分子的晶格结构

1，2-二氯苯分子中含有苯基、氯基，如图2所示，经优化后的1，2-二氯苯分子为三维平面结构，由一个碳环和两个氯基组成，具有良好的稳定性。苯环上相邻两个碳原子分别于与氯原子相连，优化后C-Cl键长相同，均为1.76。Cl-C-C键角基本相同均接近 120°。其中 Cl11与 C4、Cl12与 C3均为共价键，形成了稳定的结构，各原子之间的键能、键长、键角均在实验误差范围之内。

2.2 光谱指认

图2中给出了1，2-二氯苯分子各原子的名称和编号，它的振动波数和振动模指认在表2中给出。在表2中的1至4列依次为Gaussian计算的振动波数、红外活性、拉曼活性以及各条谱线所对应的振动与对应信息，并对500～3500cm-1区间的振动数据做了指认。其中，产生第一个标志性的1，2-二氯苯分子的拉曼波峰值是在459cm-1处，由Cl11对C4、Cl12对C3形成的伸缩振荡。在1068cm-1谱线处产生第二个拉曼波峰值，C6与C1形成伸缩振荡，带动C6带动C5、C1带动C2也形成轻微的伸缩振荡。第三个拉曼波峰值出现在3227cm-1处，由与C5、C6、C1、C2相连的氢形成伸缩振荡，其中C5与C6同步，C1与C2同步，其它原子均无明显的运动。1，2-二氯苯分子标志性的最高波峰值出现在3246cm-1处，由与C5、C6、C1、C2相连的氢形成同步的伸缩振荡产生的。

表2 1，2-二氯苯分子的理论计算拉曼光谱及红外光谱峰位、强度及指认

3 结论

本文首先利用Gaussian03软件优化了1，2-二氯苯分子的空间结构，基于HF和DFT两种算法首次报道了1，2-二氯苯分子的理论计算拉曼光谱并对在相同波段下两种方法计算的拉曼光谱做了对比分析，此外在500～4200cm-1波段对1，2-二氯苯分子做了相应的振动模指认并对其在相应的频移位置产生较强拉曼光谱的分子振荡模式做了指出。这项工作将有助于促进1，2-二氯苯分子在水体特性污染物检测领域研究的应用。

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