旋光和圆二色性光谱市公开课金奖市赛课一等奖课件

当代分析测试技术主讲：何品刚第1页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）

第五章旋光与圆二色性光谱

圆二色性（circulardichroosim,简称CD）和旋光色散（Opticalrotatorydispersion,简称ORD）是研究分子结构不对称方法，可用来检测生物大分子样品在溶液状态下构象，它能和X射线衍射法有很好互补性。X射线衍射法能够在晶体状态下了解分子结构，提供最详细资料，但不能提供有机生物大分子在溶液状态下构象信息。

第2页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）光偏振光含有波粒二相性。可将光看成是光量子简谐振动，这种振动是与光传输方向垂直，在各个方向上振动。若自然光经过某种特殊晶体如：方解石等，则晶体只允许振动面平行于晶轴光经过。所以，这种光是只有特定振动方向光，这种光称：平面偏振光或称平面圆偏振光。这种自然光经过某种晶体后变成平面偏振光现象称为光偏振。

第3页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）平面偏振光可看成是二个振幅相同，螺旋方向相反二束光，即：左圆偏振光和右圆偏振光矢量和。第4页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）旋光光谱非旋光活性介质：当一束平面偏振光经过某一介质时，左、右偏振光传输速度不变（折射率、散射率相同），入射光振动方向不变，这种介质为非旋光活性介质。旋光活性介质：当一束平面偏振光经过某一介质时，左、右偏振光传输速度发生改变，合成后平面偏振光振动方向发生改变，这种介质为旋光活性介质。光学活性物质：不能与它镜像相互重合，一定不含有中心对称、平面对称和旋转对称轴物质。第5页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）旋光度α：有旋光性质介质对于某一单色平面光所产生旋转角度。

[α]比旋光度或旋光率：单位为度.毫升.克－1.分米－1，l光程，c浓度。

α与两园偏振光折射率差值关系为：

因为在不一样波长下，光折射率不一样，旋光度也不相同，所以，当以波长为横坐标，旋光度为纵坐标，可得旋光光谱谱线。

分子结构不一样，旋光谱线谱形也不相同。第6页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）旋光谱线类型平滑谱线S型谱线（Cotton效应）正性谱线负性谱线第7页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）平滑谱线第8页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）S型谱线（Cotton效应）第9页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）第10页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱)第11页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）旋光谱考查参数：a振幅：峰与谷高b宽幅：峰与谷之间水平距离Cotton效应：正S曲线，右旋

反S曲线，左旋lk:：在峰或谷靠短波长一侧谱线与旋光度0o

线交点处波长第12页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）圆二色光谱因旋光活性物质含有生色基团，对特定波长有吸收，且对左、右偏振光吸收能力不一样，而使其共振峰幅度不一样，这么不但造成偏正光速度不一样，而且振幅也不一样，这么两个矢量就不是圆偏振，而是一个椭圆偏振光圆二色性。圆二色性形成椭圆长轴是｜El｜+｜Ed｜,短轴是｜El｜－｜Ed｜第13页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）椭圆率:θ=tg-1(短轴/长轴）第14页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）若旋光物质对左、右旋偏振光吸收系数差为：

由De对l做图，可得圆二色光谱图。第15页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）若用椭圆率q

来替换De:其中:l为样品中旋光物质厚度，C为旋光物质浓度。比椭圆率：（q）=q/cl

其中l:dm,c:g/ml摩尔椭圆率：[q]=（q）M/100=3300∆ε

第16页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）CD谱线与ORD谱线比较：第17页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）CD与ORD关系在一定波长范围内，若样品化合物没有特征吸收，在旋光光谱中给出平滑旋光曲线，那么，它们De值很小，得不到含有特征吸收带圆二色性谱。在一定波长范围内，若样品化合物有特征吸收，在旋光光谱中出现cotton效应正S型或反S型旋光曲线，则在靠近lk处绝对值将改变较大，给出含有特征吸收带圆二色性谱。第18页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）假想化合物UV、CD和ORD谱图比较：第19页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）一个复杂化合物中并不是全部吸收带都展现光学活性；CD谱能非常明确地表现出I吸收峰正cotton效应与II吸收峰负cotton效应；ORD谱虽也表现出吸收带I正cotton效应与II吸收峰负cotton效应，但因为旋光性叠加，不如CD谱清楚。在没有光吸收波段，ORD有可能提供一些CD所不能提供信息。第20页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）旋光仪和圆二色光谱仪旋光光谱仪第21页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）圆二色光谱仪第22页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）Jasco圆二色光谱仪(CD/ORD)第23页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）应用手性化合物结构分析

CD和ORD可在适当情况下用来判定发色团在手性分子中位置。对映性邻近关系构象溶剂效应溶剂—溶质之间相互作用会影响分子光学活性。手性介质诱导光学活性若一个处于非手性分子被外部介质所诱导而产生光学活性。第24页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）第25页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）手性化合物结构分析用于研究蛋白质构象：蛋白质α螺旋以及β折叠用于研究DNA结构第26页当代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）第27页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）

第六章激光拉曼光谱拉曼光谱有印度物理学家拉曼在在1928年发觉，并以他名字命名一个分子光谱技术。因为拉曼效应很弱，所以拉曼光谱应用和发展受到严重影响，在上世纪四十年代到六十年代时，其应用和影响要远远小于红外光谱；直到上世纪六十年代以后激光问世，人们把激光这种新型光源引入拉曼光谱，产生了新激光拉曼光谱，它替换了原有拉曼光谱，并克服了原由拉曼光谱缺点，而使激光拉曼光谱成为分子光谱学中一个主要分支。拉曼效应：分子散射光谱，它存在于液体和晶体中。第28页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）激光拉曼光谱基本原理光散射现象一束单色光进入透明介质（气、液和固）在透射方向以外所出现光称为散色光。布里渊（Brillouin)晶体对光散射等离子体对光散射康普顿吴有训自由电子对光散射丁铎尔(Tyndall)尘埃颗粒对光散射瑞利散射拉曼散射第29页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）瑞利散射光子与物质分子碰撞时为弹性碰撞，碰撞过程没有能量交换，光频率不发生改变，光传输方向发生改变。即：u散射

=u入射第30页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）拉曼散射光子与物质分子产身非弹性碰撞，发生能量交换，光子不但改变了方向，而且能量也发生改变：能量降低stokes线，能量增加anti-stokes线。拉曼位移：第31页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）拉曼光谱与红外光谱比较机理二者都是振动光谱

红外吸收光谱是因为极性基团和非对称分子在振动过程中吸收红外光后发生永久偶极矩改变而产生。

μ为分子永久偶极矩，q为分子正负电荷中心电荷，d为电荷中心距离。第32页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）振动拉曼光谱是产生于分子诱导偶极矩改变，即当分子中原子在平衡位置周围振动时，因为入射光外电场作用，使分子电子壳层发生形变，正负电荷中心发生相对位移所形成诱导偶极矩。Ρ为诱导偶极矩α为极化率，E为入射光子电场第33页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）拉曼与红外活性判断

没有对称中心分子红外和拉曼同时存在，相互允许，如H2O,SO2等。第34页

少数分子振动其红外和拉曼都是非活性，如平面乙烯分子等。含有对称中心分子红外和拉曼活性相互排斥，如CS2,CO2等。第35页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）光谱拉曼光谱和红外光谱中官能团所对应吸收峰频率是相同。

第36页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）仪器

拉曼光谱仪入射光频率可改变，能使拉曼跃迁出现在可见区域，因而对对应仪器元件如光学元件和样品池等材料要比红外光谱仪简单。样品

拉曼光谱可用于测定粉末、单晶、聚合物及红外所不能水溶液等。第37页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）激光拉曼光谱试验装置激光光源（气体激光器如：氦氖激光器，氩离子激光器和氪离子激光器等）样品装置到达最有效地将辐射照射到样品上并聚焦散射。单色器要求单色性能好，成像质量好，分辨率高，杂散光小，通常采取双光栅单色器。检测和统计系统可见光区可采取光电倍增管，红外区域可采取光子计数器。第38页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）第39页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）Jasco-日本分光Vent第40页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）美国Almega第41页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）应用有机结构分析高分子聚合物研究（立规性、结晶度、取向度）聚合物共混物相容性研究聚合物固化过程监测聚合反应过程监控聚合物水溶液和凝胶体系中水结构和分子间作用力研究聚合物结晶过程监测和结晶度测定第42页当代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）生物高分子研究乙酸对DNA空间结构微观损伤Raman光谱特征光谱学与光谱分析，,Vol.21,No.6.