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圆二色光谱技术及应用
  • 发布时间 : 2018-11-12 15:37:25
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一、序言

 

17世纪,Huggens,偏振光

1881,Biot,石英能使偏振光的偏振面旋转

1934年,Lowry, Optical RotatoryPower

1953年,建立了第一台偏振光检测仪

19世纪60年代以后,圆二色仪出现

 

 

二、基本原理

 

(一)、几种偏振光的概念

 

1、平面偏振光(plane polarized light)又称线偏振光(linearly polarized light):对着光前进的方向观察时,一束光波的电场矢量(或磁场矢量)都是在同一方向振动。




2、圆偏振光:对着光前进的方向观察时,一束光波的电场矢量(或磁场矢量)端点在空间的轨迹是以光传播方向为轴的圆形螺旋(在平面上的投影为圆形)。电矢量方向沿逆时针方向旋转,称为左圆偏振光;电矢量方向沿顺时针方向旋转,称为右圆偏振光

 



3、椭圆偏振光:对着光前进的方向观察时,一束光波的电场矢量(或磁场矢量)端点在空间的轨迹是以光传播方向为轴的椭圆形螺旋(在平面上的投影为椭圆形)。

4、自然光:对着光前进的方向观察时,一束光波的电场矢量(或磁场矢量)取所用可能方向,没有一个方向较其它方向占有优势。

 

(二)、几种偏振光的关系

 

振幅相等、角频率相等、相位相同,左右圆偏振光合成线性偏振光

振幅相等、角频率相等、相位不同,左右圆偏振光合成线性偏振光

振幅不相等、角频率相等,左右圆偏振光合成椭圆偏振光

 

振幅相等、位相差1/4波长,两束线偏振光合成圆偏振光



(三)、光学活性和光学活性物质

 

1、光学活性

1)手性物质:含有不对称原子(结构) 的物质。具有光学活性。一束平面偏振光进入手性分子时,手性物质会将其分解为左右圆偏振光,并进行不同的处理。

2)旋光现象:左右圆偏振光在手性分子中的行进(旋转)速度不同,通过样品后,再次合成的偏振光相对于入射光旋转了一定角度。



3)圆二色性:手性物质对左右圆偏振光的吸收程度不同,出射时电场矢量的振幅不同通过样品后,再次合成的偏振光就不是圆偏振光,而是椭圆偏振光。


2、光学活性物质(optical active substance)

具有光学活性的物质为光学活性物质。

 

(四)、旋光色散和圆二色谱

1、旋光性通常用旋光度α表示,α的大小随入射波长而变化的关系称为旋光色散(optical rotatorydispersion, ORD)

2、圆二色性常用椭圆率(ellipticity) θ表示:

tgθ=ELEr/EL+ Er= b/a(椭圆短轴/椭圆长轴)



3、文献上也常用光学活性物质对左、右圆偏振光的摩尔吸收系数的差别Δε来表示。

Δε或θ随波长而变化的关系称为圆二色谱(circular dichroism, CD)

 

(五)、CDORD和吸收光谱的关系

1、旋光性和圆二色性

联系:都是由光学活性分子的不对称性引起的二者之间相互联系,由其一可推知其二。由Kroning-Kramers将二者联系起来。

差别:一个孤立的生色团在所有波长均有旋光性。圆二色性只在发生吸收的那些波长才能观测到。

 

2CDORD和吸收光谱的关系

CD谱中在λ= λ0处,[θ]λ取极值,(峰值或最小值)

ORD在λ= λ0处,[φ] λ=0

科顿效应:CD谱与吸收谱峰位基本接近,但吸收谱都是正值,而CD谱则能显示正负。

 

 

3CDORD和吸收光谱相比在结构分析中的优点


1)吸收谱均是正值,若同时存在多个吸收峰,其互相交叠,分析困难。

2)对于ORD谱,任意波长处的旋光性是所有生色团贡献之和,其极值与吸收谱不同。

3CD谱线可正可负,其极值与吸收谱一致。

 

三、圆二色技术的应用

 

1、利用圆二色谱,可以计算多肽二级结构的含量。




2CD谱非常适合研究蛋白质的构象变化

1)蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸结合的研究



 

2)克山病区粮饲养的豚鼠心肌线粒体膜的研究


3)烟草花叶病毒侵染膜蛋白


4)疏水表面对球状蛋白质二级结构变化的诱导作用



5)、磷脂膜诱导的蜂毒素二级结构的变化







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