教學第2章折射旋光和圓二色性法課件

第二章

折射、旋光和圓二色性法第二章

折射、旋光和圓二色性法1參考文獻趙藻藩等編，儀器分析，高等教育出版社，北京，1990何金蘭，儀器分析原理，科學出版社，北京，2002劉驥等編，醫(yī)用生物物理學，人民衛(wèi)生出版社，1997RichardA.Paselk,TheEvolutionoftheAbbeRefractometer,BulletinoftheScientificInstrumentSociety,1999,62,19-22,/~scimus/Essays/EvolAbbeRef/EvolAbbeRef.htm參考文獻趙藻藩等編，儀器分析，高等教育出版社，北京，1992目錄2-1折射法

2-1-1折射法基本原理 2-1-2折射儀 2-1-3折射法的應用2-2旋光和圓二色性法

2-2-1旋光法基本原理 2-2-2旋光法和圓二色性法的儀器 2-2-3旋光法和圓二色性法的應用目錄2-1折射法32-1折射法折射法(Refractometry)是通過測量物質的折射率來獲得某些分析信息的方法。這種方法的優(yōu)點是快速，設備簡單。但由于折射率是物質的一種非專一的性質，所以在分析化學中的應用受到很大的限制。2-1折射法折射法(Refractome42-1-1折射法基本原理1.折射現(xiàn)象真空：n=1空氣：n=1.000272-1-1折射法基本原理1.折射現(xiàn)象真空：n=152.影響折射率測量的因素溫度n20波長n20D壓力對氣體折射率的影響大2.影響折射率測量的因素溫度n2063.比折射度與摩爾折射度輻射光束在介質中的傳播速度，與其中電子的密度及電子周圍的環(huán)境有關。這一情況可以通過比折射度這一參數(shù)來表征?；旌先芤旱谋日凵涠染哂屑雍闲裕罕日凵涠龋篸：密度摩爾折射度：Mr：相對分子量m、m1、m2分別為混合液、組分1組分2的質量3.比折射度與摩爾折射度輻射光束在介質中的74.色散系數(shù)nD:鈉黃光589.3nmnF:氫藍光486.1nmnc:氫紅光656.3nm4.色散系數(shù)nD:鈉黃光589.3nm82-1-2折射儀1.折射計2-1-2折射儀1.折射計9np：棱鏡的折射率光源為單色光np：棱鏡的折射率光源為單色光10阿貝折射計光源為白光，利用Amici棱鏡作補償器，消除鈉黃光以外光線的干擾。1869年，ErnstAbbe搭建了第一臺折射儀。阿貝折射計光源為白光，利用Amici棱鏡作補償器，消11阿貝折射儀2W.2WAJ主要技術規(guī)格 2W 2WAJ折射率ND測量范圍 1.300-1.700 1.300-1.700折射率ND測量準確度 0.0003 0.0002折射率ND最小分度值 0.001 0.0005糖量濃度(%)測量范圍 0-95 0-95糖量濃度(%)最小分度值 0.5 0.25是測量透明,半透明液體或固體的折射率ND和平均色散Nf-Nc的儀器。并能測出糖溶液內(nèi)含糖量濃度的百分數(shù)。接上恒溫器則可測定液體溫度在0-70℃范圍內(nèi)的折射率ND。上海光學儀器五廠阿貝折射儀2W.2WAJ主要技術規(guī)格是122.干涉儀利用光干涉的原理進行測量。精度高，無可動部件，可以連續(xù)測定某一樣品，適合于動力學研究。參考液體的折射率應當已知。2.干涉儀利用光干涉的原理進行測量。精度高132-1-3應用1．定性分析根據(jù)已知的折射率數(shù)據(jù)，判斷有機化合物的純度食品檢驗，如牛奶是否被摻水。2．定量分析二元混合物的分析簡單體系微量雜質的測定3．有機物結構鑒定根據(jù)色散系數(shù)進行鑒定蔗糖溶液的質量分數(shù)0-95%，相當于折射率為1.333-1.531。2-1-3應用1．定性分析蔗糖溶液的質量分數(shù)0-95%，14目錄2-1折射法 2-1-1折射法基本原理 2-1-2折射儀 2-1-3折射法的應用2-2旋光和圓二色性法

2-2-1旋光法基本原理 2-2-2旋光法和圓二色性法的儀器 2-2-3旋光法和圓二色性法的應用目錄2-1折射法152-2旋光和圓二色性法旋光法(Polarimetry)是一種很早就出現(xiàn)并應用廣泛的研究分子非對稱性結構的光學方法。隨著旋光色散(或稱旋光光譜OpticalRotatoryDispersion，ORD)和圓二色譜(CircularDichroism，CD)這些靈敏方法的出現(xiàn)，使得人們有可能從這些實驗技術中得到一些新的結構信息，為更深入地研究分子的立體化學和電子結構提供了條件．ORD和CD在測定手性化合物的構型和構象、確定某些官能團(如羰基)在手性分子中的位置方面有獨到之處，是其它光譜無法代替的。2-2旋光和圓二色性法旋光法(Polar162-2-1旋光法基本原理1.旋光及旋光光譜平面偏振光可以分解成左右圓振光。2-2-1旋光法基本原理1.旋光及旋光光譜平面偏振光可以17疊加原理一束自然光可以分解或看作兩束相互垂直而沒有相位關系的平面偏振光的加和。

平面偏振光可以分解成兩束相位相等而旋轉方向相反的圓偏振光的加和。當振幅相等，并同步的左、右圓偏振光相加，則產(chǎn)生平面偏振光；如果這兩束圓偏振光的振幅不等則產(chǎn)生橢圓偏振光(ellipticallypolarizedlight)

兩束相互垂直而相位相差1/4波長的平面偏振光可以加和成一束圓偏振光疊加原理一束自然光可以分解或看作兩束相互垂直而沒有相位關系的18平面偏振光通過旋光活性介質后，由于左、右圓偏振光的折射率不同，振動方向發(fā)生改變，轉了一個角度。這種現(xiàn)象稱為旋光，為旋光度。朝光源看，偏振面按順時針方向旋轉的，稱為右旋，用“+”號表示；偏振面按逆時針方向旋轉的，稱為左旋，用“-”號表示比旋光度摩爾旋光度T：溫度 ：波長l：介質厚度 ：介質密度c：g/100mL Mr：相對分子量平面偏振光通過旋光活性介質后，由于左、右圓偏19測量不同波長下的，得到旋光色散曲線。兩種類型的旋光色散曲線：平坦型：旋光度隨波長單調(diào)上升或下 降。科頓效應曲線：存在波峰或波谷，一般 在吸收帶附近。統(tǒng)稱旋光光譜。測量不同波長下的，得到旋光色散曲線。20

化合物無發(fā)色團時，對旋光度為負值的化合物，ORD譜線從紫外到可見區(qū)呈單調(diào)上升；而旋光值為正的化合物是單調(diào)下降。兩種情況下都趨向和逼近[φ]λ=O的線，但不與O線相交，即譜線只是在一個相內(nèi)延伸，沒有峰也沒有谷。這類ORD譜線稱為正常的或平坦的旋光譜線，。化合物無發(fā)色團時，對旋光度為負值的化合物，ORD譜21分子中有一個簡單的發(fā)色團(如羰基)的ORD譜線，ORD曲線在紫外光譜λmax處越過零點，進入另一個相區(qū)。形成的一個峰和一個谷組成的ORD譜線，稱為簡單科頓效應(Conntoneffect,CE)譜線。當波長由長波一端向短波一端移動時，ORD譜由峰向谷變化稱為正的康頓效應；而ORD譜線由谷向峰變化則稱為負的康頓效應。而ORD與零線相交點的波長稱為λK。谷至峰之間的高度稱為振幅。分子中有一個簡單的發(fā)色團(如羰基)的ORD譜222.圓二色性（CircularDichroism，CD）光學活性分子對左、右圓偏振光的吸收也不同，使左、右圓偏振光透過后變成橢圓偏振光，這種現(xiàn)象稱為圓二色性。橢圓度比橢圓度摩爾橢圓度2.圓二色性光學活性分子對左、右圓偏振光的23圓二色性的表示吸收(率)差

=L-

R

A=AL–AR

橢圓度，摩爾橢圓度[]

=2.303(AL–AR)/4

[]=3298(L-

R)3300(L-

R)

在蛋白質研究中，常用平均殘基摩爾橢圓度圓二色性的表示吸收(率)差

=L-R

24第2章折射旋光和圓二色性法課件25旋光色散與圓二色相互轉換旋光色散和圓二色是同時產(chǎn)生的，他們包括同樣的分子結構信息，并且可以由Kronig-Krammers轉換方程相互轉換。旋光色散與圓二色相互轉換旋光色散和圓二色是同時產(chǎn)生的，他們包262-2-2旋光法和圓二色性法的儀器旋光計 一般得到鈉黃光處的旋光度2-2-2旋光法和圓二色性法的儀器旋光計27數(shù)顯自動旋光儀WZZ-2A通過對樣品旋光度的測量，可以分析確定物質的濃度、含量和純度等。主要技術規(guī)格：測量范圍：±45°不準確度：±(0.01°+測量值×5/10000)可測樣品最低透過率：10%（對鈉光）顯示器：自動數(shù)字顯示，最小讀數(shù)值0.005°試管長度：100mm/200mm上海光學儀器五廠數(shù)顯自動旋光儀WZZ-2A通過對樣品旋光度的測量，282.分光旋光計

繪制旋光光譜2.分光旋光計293.圓二色計(圓二色譜儀)3.圓二色計(圓二色譜儀)30圓二色譜儀J-810日本分光公司（JASCO）Applications:Protein/PeptideconfirmationstudiesThermalandchemicaldenaturationstudiesStructuraldeterminationTheJ-810isthelatestintroductiontothelonglineofCircularDichroisminstrumentationfromJasco.UnparalleledopticalperformanceandoptionallyavailablemeasurementmodesarecombinedinamannertomaketheJ-810true"chiroopticalspectroscopyworkbench".圓二色譜儀J-810日本分光公司（JASCO）Applic312-2-3旋光法和圓二色性法的應用1.單波長旋光法蔗糖+水葡萄糖+果糖酸還原簡單體系的分析和純度鑒定，動力學研究反應機理研究2-2-3旋光法和圓二色性法的應用1.單波長旋光法蔗糖+322.旋光色散法有機物結構分析2.旋光色散法有機物結構分析333.圓二色性法用于蛋白質折疊、蛋白質構象研究,DNA/RNA反應，酶動力學，光學活性物質純度測量，藥物定量分析。天然有機化學與立體有機化學，物理化學，生物化學與宏觀大分子，金屬絡合物，聚合物化學等相關的科學研究。3.圓二色性法用于蛋白質折疊、蛋白質構象研究34例1：(+)-天然樟腦構型的確定天然樟腦(+)-樟腦可能有兩種絕對構型，W.HVekel曾人為的指定它為A那樣的構型，而Fredge等人卻確定它為B那樣的構型。最后根據(jù)(+)-樟腦的CD和ORD譜，構型確定為A。AORDCD300400500600700/nm例1：(+)-天然樟腦構型的確定天然樟腦(+35例2：鼠肝組蛋白與尼古丁作用后的構象變化采用紫外差譜、熒光光譜和圓二色性光譜法對鼠肝組蛋白H1和H3與尼古丁作用后的構象變化進行了體外研究.結果表明，隨尼古丁作用劑量的增加其構象逐漸由有序向無序變化，這可能是尼古丁或其代謝產(chǎn)物與組蛋白H1，H3發(fā)生加合。組蛋白H1（左）、H3（右）與尼古丁作用后的CD光譜曲線1-6尼古丁反應濃度分別為：0，0.10，0.20，0.40，0.80，1.60mmol/L；組蛋白H1、H3的測定濃度均為0.275mmol/L平均氨基酸殘基濃度。吳小紅，孫紅芳，劉元方，科學通報，1999，44，2504-2508例2：鼠肝組蛋白與尼古丁作用后的構象變化采用36第二章

折射、旋光和圓二色性法第二章

折射、旋光和圓二色性法37參考文獻趙藻藩等編，儀器分析，高等教育出版社，北京，1990何金蘭，儀器分析原理，科學出版社，北京，2002劉驥等編，醫(yī)用生物物理學，人民衛(wèi)生出版社，1997RichardA.Paselk,TheEvolutionoftheAbbeRefractometer,BulletinoftheScientificInstrumentSociety,1999,62,19-22,/~scimus/Essays/EvolAbbeRef/EvolAbbeRef.htm參考文獻趙藻藩等編，儀器分析，高等教育出版社，北京，19938目錄2-1折射法

2-1-1折射法基本原理 2-1-2折射儀 2-1-3折射法的應用2-2旋光和圓二色性法

2-2-1旋光法基本原理 2-2-2旋光法和圓二色性法的儀器 2-2-3旋光法和圓二色性法的應用目錄2-1折射法392-1折射法折射法(Refractometry)是通過測量物質的折射率來獲得某些分析信息的方法。這種方法的優(yōu)點是快速，設備簡單。但由于折射率是物質的一種非專一的性質，所以在分析化學中的應用受到很大的限制。2-1折射法折射法(Refractome402-1-1折射法基本原理1.折射現(xiàn)象真空：n=1空氣：n=1.000272-1-1折射法基本原理1.折射現(xiàn)象真空：n=1412.影響折射率測量的因素溫度n20波長n20D壓力對氣體折射率的影響大2.影響折射率測量的因素溫度n20423.比折射度與摩爾折射度輻射光束在介質中的傳播速度，與其中電子的密度及電子周圍的環(huán)境有關。這一情況可以通過比折射度這一參數(shù)來表征?；旌先芤旱谋日凵涠染哂屑雍闲裕罕日凵涠龋篸：密度摩爾折射度：Mr：相對分子量m、m1、m2分別為混合液、組分1組分2的質量3.比折射度與摩爾折射度輻射光束在介質中的434.色散系數(shù)nD:鈉黃光589.3nmnF:氫藍光486.1nmnc:氫紅光656.3nm4.色散系數(shù)nD:鈉黃光589.3nm442-1-2折射儀1.折射計2-1-2折射儀1.折射計45np：棱鏡的折射率光源為單色光np：棱鏡的折射率光源為單色光46阿貝折射計光源為白光，利用Amici棱鏡作補償器，消除鈉黃光以外光線的干擾。1869年，ErnstAbbe搭建了第一臺折射儀。阿貝折射計光源為白光，利用Amici棱鏡作補償器，消47阿貝折射儀2W.2WAJ主要技術規(guī)格 2W 2WAJ折射率ND測量范圍 1.300-1.700 1.300-1.700折射率ND測量準確度 0.0003 0.0002折射率ND最小分度值 0.001 0.0005糖量濃度(%)測量范圍 0-95 0-95糖量濃度(%)最小分度值 0.5 0.25是測量透明,半透明液體或固體的折射率ND和平均色散Nf-Nc的儀器。并能測出糖溶液內(nèi)含糖量濃度的百分數(shù)。接上恒溫器則可測定液體溫度在0-70℃范圍內(nèi)的折射率ND。上海光學儀器五廠阿貝折射儀2W.2WAJ主要技術規(guī)格是482.干涉儀利用光干涉的原理進行測量。精度高，無可動部件，可以連續(xù)測定某一樣品，適合于動力學研究。參考液體的折射率應當已知。2.干涉儀利用光干涉的原理進行測量。精度高492-1-3應用1．定性分析根據(jù)已知的折射率數(shù)據(jù)，判斷有機化合物的純度食品檢驗，如牛奶是否被摻水。2．定量分析二元混合物的分析簡單體系微量雜質的測定3．有機物結構鑒定根據(jù)色散系數(shù)進行鑒定蔗糖溶液的質量分數(shù)0-95%，相當于折射率為1.333-1.531。2-1-3應用1．定性分析蔗糖溶液的質量分數(shù)0-95%，50目錄2-1折射法 2-1-1折射法基本原理 2-1-2折射儀 2-1-3折射法的應用2-2旋光和圓二色性法

2-2-1旋光法基本原理 2-2-2旋光法和圓二色性法的儀器 2-2-3旋光法和圓二色性法的應用目錄2-1折射法512-2旋光和圓二色性法旋光法(Polarimetry)是一種很早就出現(xiàn)并應用廣泛的研究分子非對稱性結構的光學方法。隨著旋光色散(或稱旋光光譜OpticalRotatoryDispersion，ORD)和圓二色譜(CircularDichroism，CD)這些靈敏方法的出現(xiàn)，使得人們有可能從這些實驗技術中得到一些新的結構信息，為更深入地研究分子的立體化學和電子結構提供了條件．ORD和CD在測定手性化合物的構型和構象、確定某些官能團(如羰基)在手性分子中的位置方面有獨到之處，是其它光譜無法代替的。2-2旋光和圓二色性法旋光法(Polar522-2-1旋光法基本原理1.旋光及旋光光譜平面偏振光可以分解成左右圓振光。2-2-1旋光法基本原理1.旋光及旋光光譜平面偏振光可以53疊加原理一束自然光可以分解或看作兩束相互垂直而沒有相位關系的平面偏振光的加和。

平面偏振光可以分解成兩束相位相等而旋轉方向相反的圓偏振光的加和。當振幅相等，并同步的左、右圓偏振光相加，則產(chǎn)生平面偏振光；如果這兩束圓偏振光的振幅不等則產(chǎn)生橢圓偏振光(ellipticallypolarizedlight)

兩束相互垂直而相位相差1/4波長的平面偏振光可以加和成一束圓偏振光疊加原理一束自然光可以分解或看作兩束相互垂直而沒有相位關系的54平面偏振光通過旋光活性介質后，由于左、右圓偏振光的折射率不同，振動方向發(fā)生改變，轉了一個角度。這種現(xiàn)象稱為旋光，為旋光度。朝光源看，偏振面按順時針方向旋轉的，稱為右旋，用“+”號表示；偏振面按逆時針方向旋轉的，稱為左旋，用“-”號表示比旋光度摩爾旋光度T：溫度 ：波長l：介質厚度 ：介質密度c：g/100mL Mr：相對分子量平面偏振光通過旋光活性介質后，由于左、右圓偏55測量不同波長下的，得到旋光色散曲線。兩種類型的旋光色散曲線：平坦型：旋光度隨波長單調(diào)上升或下 降?？祁D效應曲線：存在波峰或波谷，一般 在吸收帶附近。統(tǒng)稱旋光光譜。測量不同波長下的，得到旋光色散曲線。56

化合物無發(fā)色團時，對旋光度為負值的化合物，ORD譜線從紫外到可見區(qū)呈單調(diào)上升；而旋光值為正的化合物是單調(diào)下降。兩種情況下都趨向和逼近[φ]λ=O的線，但不與O線相交，即譜線只是在一個相內(nèi)延伸，沒有峰也沒有谷。這類ORD譜線稱為正常的或平坦的旋光譜線，?；衔餆o發(fā)色團時，對旋光度為負值的化合物，ORD譜57分子中有一個簡單的發(fā)色團(如羰基)的ORD譜線，ORD曲線在紫外光譜λmax處越過零點，進入另一個相區(qū)。形成的一個峰和一個谷組成的ORD譜線，稱為簡單科頓效應(Conntoneffect,CE)譜線。當波長由長波一端向短波一端移動時，ORD譜由峰向谷變化稱為正的康頓效應；而ORD譜線由谷向峰變化則稱為負的康頓效應。而ORD與零線相交點的波長稱為λK。谷至峰之間的高度稱為振幅。分子中有一個簡單的發(fā)色團(如羰基)的ORD譜582.圓二色性（CircularDichroism，CD）光學活性分子對左、右圓偏振光的吸收也不同，使左、右圓偏振光透過后變成橢圓偏振光，這種現(xiàn)象稱為圓二色性。橢圓度比橢圓度摩爾橢圓度2.圓二色性光學活性分子對左、右圓偏振光的59圓二色性的表示吸收(率)差

=L-

R

A=AL–AR

橢圓度，摩爾橢圓度[]

=2.303(AL–AR)/4

[]=3298(L-

R)3300(L-

R)

在蛋白質研究中，常用平均殘基摩爾橢圓度圓二色性的表示吸收(率)差

=L-R

60第2章折射旋光和圓二色性法課件61旋光色散與圓二色相互轉換旋光色散和圓二色是同時產(chǎn)生的，他們包括同樣的分子結構信息，并且可以由Kronig-Krammers轉換方程相互轉換。旋光色散與圓二色相互轉換旋光色散和圓二色是同時產(chǎn)生的，他們包622-2-2旋光法和圓二色性法的儀器旋光計 一般得到鈉黃光處的旋光度2-2-2旋光法和圓二色性法的儀器旋光計63數(shù)顯自動旋光儀WZZ-2A通過對樣品旋光度的測量，可以分析確定物質的濃度、含量和純度等。主要技術規(guī)格：測量范圍：±45°不準確度：±(0.01°+測量值×5/10000)可測樣品最低透過率：10%（對鈉光）顯示器：自動數(shù)字顯示，最小讀數(shù)值0.005°試管長度：100mm/200mm上海光學儀器五廠數(shù)顯自動旋光儀WZZ-2A通過對樣品旋光度的測量，642.分光旋光計

繪制旋光光譜2.分光旋光計653.圓二色計(圓二色譜儀)3.圓二色計(圓二色譜儀)66圓二色譜儀J-810日本分光公司（JASCO）Applications:Protein/PeptideconfirmationstudiesThermalandchemicaldenaturationstudiesStructuraldeterminationTheJ-810isthelatestintroduction