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      圓二色光譜技術及應用
      • 發布時間 : 2022-06-07 12:37:00
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        一、序言
        17世紀,Huggens,偏振光
        1881年,Biot,石英能使偏振光的偏振面旋轉
        1934年,Lowry, 《Optical RotatoryPower》
        1953年,建立了第一臺偏振光檢測儀
        19世紀60年代以后,圓二色儀出現
        二、基本原理
        (一)幾種偏振光的概念
        1、平面偏振光(plane polarized light)又稱線偏振光(linearly polarized light):對著光前進的方向觀察時,一束光波的電場矢量(或磁場矢量)都是在同一方向振動。


      2、圓偏振光:對著光前進的方向觀察時,一束光波的電場矢量(或磁場矢量)端點在空間的軌跡是以光傳播方向為軸的圓形螺旋(在平面上的投影為圓形)。電矢量方向沿逆時針方向旋轉,稱為左圓偏振光;電矢量方向沿順時針方向旋轉,稱為右圓偏振光。



        3、橢圓偏振光:對著光前進的方向觀察時,一束光波的電場矢量(或磁場矢量)端點在空間的軌跡是以光傳播方向為軸的橢圓形螺旋(在平面上的投影為橢圓形)。
        4、自然光:對著光前進的方向觀察時,一束光波的電場矢量(或磁場矢量)取所用可能方向,沒有一個方向較其它方向占有優勢。
        (二)幾種偏振光的關系
        振幅相等、角頻率相等、相位相同,左右圓偏振光合成線性偏振光


        振幅相等、角頻率相等、相位不同,左右圓偏振光合成線性偏振光

      振幅不相等、角頻率相等,左右圓偏振光合成橢圓偏振光


      振幅相等、位相差1/4波長,兩束線偏振光合成圓偏振光



        (三)光學活性和光學活性物質
        1、光學活性
        (1)手性物質:含有不對稱原子(結構) 的物質。具有光學活性。一束平面偏振光進入手性分子時,手性物質會將其分解為左右圓偏振光,并進行不同的處理。
        (2)旋光現象:左右圓偏振光在手性分子中的行進(旋轉)速度不同,通過樣品后,再次合成的偏振光相對于入射光旋轉了一定角度。



        (3)圓二色性:手性物質對左右圓偏振光的吸收程度不同,出射時電場矢量的振幅不同通過樣品后,再次合成的偏振光就不是圓偏振光,而是橢圓偏振光。


        2、光學活性物質(optical active substance)
        具有光學活性的物質為光學活性物質。
        (四)、旋光色散和圓二色譜
        1、旋光性通常用旋光度α表示,α的大小隨入射波長而變化的關系稱為旋光色散(optical rotatorydispersion, ORD) 。
        2、圓二色性常用橢圓率(ellipticity) θ表示:
        tgθ=(EL–Er)/(EL+ Er)= b/a(橢圓短軸/橢圓長軸)




        3、文獻上也常用光學活性物質對左、右圓偏振光的摩爾吸收系數的差別Δε來表示。

      Δε或θ隨波長而變化的關系稱為圓二色譜(circular dichroism, CD)


        (五)CD與ORD和吸收光譜的關系
        1、旋光性和圓二色性
        聯系:都是由光學活性分子的不對稱性引起的二者之間相互聯系,由其一可推知其二。由Kroning-Kramers將二者聯系起來。
        差別:一個孤立的生色團在所有波長均有旋光性。圓二色性只在發生吸收的那些波長才能觀測到。
        2、CD與ORD和吸收光譜的關系
        CD譜中在λ= λ0處,[θ]λ取極值,(峰值或最小值)
        ORD在λ= λ0處,[φ] λ=0
        科頓效應:CD譜與吸收譜峰位基本接近,但吸收譜都是正值,而CD譜則能顯示正負。
        3、CD與ORD和吸收光譜相比在結構分析中的優點
        (1)吸收譜均是正值,若同時存在多個吸收峰,其互相交疊,分析困難。
        (2)對于ORD譜,任意波長處的旋光性是所有生色團貢獻之和,其極值與吸收譜不同。
        (3)CD譜線可正可負,其極值與吸收譜一致。
        三、圓二色技術的應用
        1、利用圓二色譜,可以計算多肽二級結構的含量。

      含量。




      2、CD譜非常適合研究蛋白質的構象變化

      1)蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸結合的研究





      2)克山病區糧飼養的豚鼠心肌線粒體膜的研究



      3)煙草花葉病毒侵染膜蛋白



      4)疏水表面對球狀蛋白質二級結構變化的誘導作用




      5)、磷脂膜誘導的蜂毒素二級結構的變化













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