论文标题：Broadband and Intense Terahertz Time-Domain Spectroscopy for Investigating Liquid Solutions

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-8015/6/1/1

期刊名：Liquids

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/liquids

Paparo, D.; Martinez, A.; Rubano, A. Broadband and Intense Terahertz Time-Domain Spectroscopy for Investigating Liquid Solutions. Liquids 2026, 6, 1. https://doi.org/10.3390/liquids6010001

太赫兹（THz）时域光谱（THz-TDS）凭借对分子间集体振动、氢键弛豫、偶极转动等低能模式的高灵敏度，成为研究液体体系的先进表征手段。本文系统对比超宽带太赫兹光谱与强场太赫兹光谱两大技术路线，阐述其在离子液体与海水硅藻体系中的应用突破，并提出融合宽带与强场优势的新型实验方案，为复杂液体体系的精准表征提供新思路。

太赫兹波（0.1–10 THz）可无损探测液体中的分子间与分子内相互作用，相比拉曼、红外光谱，具有低光子能量、无生物损伤、覆盖集体振动模式等独特优势。但水的强吸收、谱峰宽化、传统光源带宽与强度难以兼顾等问题，限制了其在液体中的应用。当前主流脉冲太赫兹源分为两类：基于铌酸锂晶体的强场源（带宽窄、强度高），与基于等离子体双色产生的超宽带源（带宽宽、强度低），二者互补但难以集成。

超宽带太赫兹光谱（双色等离子体产生，带宽可达30 THz）可在单次实验中同时获取离子液体的分子间振动（0–6 THz）与分子内振动（6–50 THz）信息。研究表明，咪唑基离子液体在0.5–13.2 THz 区间存在特征吸收带：低频宽带（2–4 THz）对应阴阳离子间氢键摆动与平动，高频峰（6–13 THz）归属于阴离子基团的摇摆与阳离子骨架振动，为离子液体的结构动力学关联提供完整谱学依据。

强场太赫兹光谱（铌酸锂倾斜波前产生，单脉冲能量高）凭借超高灵敏度与信噪比，可穿透厚水溶液并检测微弱信号。在海水硅藻体系中，该技术成功捕捉重金属污染导致的硅藻链断裂所引发的极微弱光谱变化，实现无标记、非侵入式水环境毒理监测，灵敏度远高于传统显微镜计数法。

该团队进一步从理论上提出新型方案：通过优化双色波长配比（如800 nm/200 nm）或引入三色场（800 nm/400 nm/266 nm），可将等离子体太赫兹产生效率提升一个数量级，有望在单一装置上同时实现超宽带宽与高强度，突破现有技术瓶颈。

该综述明确了两类太赫兹技术的应用边界与潜力：宽带技术擅长分子动力学解析，强场技术适配高吸收、稀溶液体系。未来结合微流控、算法去噪与机器学习，太赫兹光谱将在离子液体设计、生物液体检测、海洋环境监测等领域发挥不可替代的作用，为液体科学提供全新的表征范式。

图例：由不同波长比的双色场产生的模拟太赫兹光谱。

期刊简介

主编：Prof. Dr. Enrico Bodo, University of Rome “La Sapienza”, Italy

Liquids ( ISSN 2673-8015) 创刊于2021年，是一本国际性、同行评审的开放获取期刊。期刊研究领域涵盖物理学中的液态理论、合成与分析化学、生物学的多个领域，以及工程学和气象学中的流体动力学等。目前，Liquids 已被ESCI (Web of Science)、Scopus (CiteScore 2.9)、CAPlus/SciFinder 等多个主要数据库收录。