一、序言
17世紀(jì),Huggens,偏振光
1881年,Biot,石英能使偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)
1934年,Lowry, 《Optical RotatoryPower》
1953年,建立了第一臺偏振光檢測儀
19世紀(jì)60年代以后,圓二色儀出現(xiàn)
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(jìn)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(jìn)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(zhuǎn),稱為左圓偏振光;電矢量方向沿順時針方向旋轉(zhuǎn),稱為右圓偏振光。
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(xué)活性和光學(xué)活性物質(zhì)
1、光學(xué)活性
(1)手性物質(zhì):含有不對稱原子(結(jié)構(gòu)) 的物質(zhì)。具有光學(xué)活性。一束平面偏振光進(jìn)入手性分子時,手性物質(zhì)會將其分解為左右圓偏振光,并進(jìn)行不同的處理。
(2)旋光現(xiàn)象:左右圓偏振光在手性分子中的行進(jìn)(旋轉(zhuǎn))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(zhuǎn)了一定角度。
(3)圓二色性:手性物質(zhì)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(xué)活性物質(zhì)(optical active substance)
具有光學(xué)活性的物質(zhì)為光學(xué)活性物質(zhì)。
(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(guān)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(xiàn)上也常用光學(xué)活性物質(zhì)對左、右圓偏振光的摩爾吸收系數(shù)的差別Δε來表示。
Δε或θ隨波長而變化的關(guān)系稱為圓二色譜(circular dichroism, CD)
(五)CD與ORD和吸收光譜的關(guān)系
1、旋光性和圓二色性
聯(lián)系:都是由光學(xué)活性分子的不對稱性引起的二者之間相互聯(lián)系,由其一可推知其二。由Kroning-Kramers將二者聯(lián)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(fā)生吸收的那些波長才能觀測到。
2、CD與ORD和吸收光譜的關(guān)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(yīng):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(fù)。
3、CD與ORD和吸收光譜相比在結(jié)構(gòu)分析中的優(yōu)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(xiàn)之和,其極值與吸收譜不同。
(3)CD譜線可正可負(fù),其極值與吸收譜一致。
三、圓二色技術(shù)的應(yīng)用
1、利用圓二色譜,可以計算多肽二級結(jié)構(gòu)的含量。
2、CD譜非常適合研究蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化
(1)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸結(jié)合的研究
(2)克山病區(qū)糧飼養(yǎng)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(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化的誘導(dǎo)作用
(5)磷脂膜誘導(dǎo)的蜂毒素二級結(jié)構(gòu)的變化