第2章-折射旋光和圓二色性法省名師優(yōu)質課賽課獲獎課件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質課一等獎課件

第二章

折射、旋光和圓二色性法1/36參考文件趙藻藩等編，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，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.htm2/36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儀器 2-2-3旋光法和圓二色性法應用3/362-1折射法折射法(Refractometry)是經(jīng)過測量物質折射率來取得一些分析信息方法。這種方法優(yōu)點是快速，設備簡單。但因為折射率是物質一個非專一性質，所以在分析化學中應用受到很大限制。4/362-1-1折射法基本原理1.折射現(xiàn)象真空：n=1空氣：n=1.000275/362.影響折射率測量原因溫度n20波長n20D壓力對氣體折射率影響大6/363.比折射度與摩爾折射度輻射光束在介質中傳輸速度，與其中電子密度及電子周圍環(huán)境相關。這一情況能夠經(jīng)過比折射度這一參數(shù)來表征。混合溶液比折射度含有加合性：比折射度：d：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質量7/364.色散系數(shù)nD:鈉黃光589.3nmnF:氫藍光486.1nmnc:氫紅光656.3nm8/362-1-2折射儀1.折射計9/36np：棱鏡折射率光源為單色光10/36阿貝折射計光源為白光，利用Amici棱鏡作賠償器，消除鈉黃光以外光線干擾。1869年，ErnstAbbe搭建了第一臺折射儀。11/36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,半透明液體或固體折射率ND和平均色散Nf-Nc儀器。并能測出糖溶液內含糖量濃度百分數(shù)。接上恒溫器則可測定液體溫度在0-70℃范圍內折射率ND。上海光學儀器五廠12/362.干涉儀利用光干涉原理進行測量。精度高，無可動部件，能夠連續(xù)測定某一樣品，適合于動力學研究。參考液體折射率應該已知。13/362-1-3應用1．定性分析依據(jù)已知折射率數(shù)據(jù)，判斷有機化合物純度食品檢驗，如牛奶是否被摻水。2．定量分析二元混合物分析簡單體系微量雜質測定3．有機物結構判定依據(jù)色散系數(shù)進行判定蔗糖溶液質量分數(shù)0-95%，相當于折射率為1.333-1.531。14/36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儀器 2-2-3旋光法和圓二色性法應用15/362-2旋光和圓二色性法旋光法(Polarimetry)是一個很早就出現(xiàn)并應用廣泛研究分子非對稱性結構光學方法。伴隨旋光色散(或稱旋光光譜OpticalRotatoryDispersion，ORD)和圓二色譜(CircularDichroism，CD)這些靈敏方法出現(xiàn)，使得人們有可能從這些試驗技術中得到一些新結構信息，為更深入地研究分子立體化學和電子結構提供了條件．ORD和CD在測定手性化合物構型和構象、確定一些官能團(如羰基)在手性分子中位置方面有獨到之處，是其它光譜無法代替。16/362-2-1旋光法基本原理1.旋光及旋光光譜平面偏振光能夠分解成左右圓振光。17/36疊加原理一束自然光能夠分解或看作兩束相互垂直而沒有相位關系平面偏振光加和。

平面偏振光能夠分解成兩束相位相等而旋轉方向相反圓偏振光加和。當振幅相等，并同時左、右圓偏振光相加，則產(chǎn)生平面偏振光；假如這兩束圓偏振光振幅不等則產(chǎn)生橢圓偏振光(ellipticallypolarizedlight)

兩束相互垂直而相位相差1/4波長平面偏振光能夠加和成一束圓偏振光18/36平面偏振光經(jīng)過旋光活性介質后，因為左、右圓偏振光折射率不一樣，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，稱為右旋，用“+”號表示；偏振面按逆時針方向旋轉，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19/36測量不一樣波長下，得到旋光色散曲線。兩種類型旋光色散曲線：平坦型：旋光度隨波長單調上升或下 降?？祁D效應曲線：存在波峰或波谷，普通 在吸收帶附近。統(tǒng)稱旋光光譜。20/36

化合物無發(fā)色團時，對旋光度為負值化合物，ORD譜線從紫外到可見區(qū)呈單調上升；而旋光值為正化合物是單調下降。兩種情況下都趨向和迫近[φ]λ=O線，但不與O線相交，即譜線只是在一個相內延伸，沒有峰也沒有谷。這類ORD譜線稱為正常或平坦旋光譜線，。21/36分子中有一個簡單發(fā)色團(如羰基)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)。形成一個峰和一個谷組成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譜由峰向谷改變稱為正康頓效應；而ORD譜線由谷向峰改變則稱為負康頓效應。而ORD與零線相交點波長稱為λK。谷至峰之間高度稱為振幅。22/362.圓二色性（CircularDichroism，CD）光學活性分子對左、右圓偏振光吸收也不一樣，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23/36圓二色性表示吸收(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，慣用平均殘基摩爾橢圓度24/3625/36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，他們包含一樣分子結構信息，而且能夠由Kronig-Krammers轉換方程相互轉換。26/362-2-2旋光法和圓二色性法儀器旋光計 普通得到鈉黃光處旋光度27/36數(shù)顯自動旋光儀WZZ-2A經(jīng)過對樣品旋光度測量，能夠分析確定物質濃度、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28/362.分光旋光計

繪制旋光光譜29/363.圓二色計(圓二色譜儀)30/36圓二色譜儀J-810日本分光企業(yè)（JASCO）Applications:Protein/PeptideconfirmationstudiesThermalandchemicaldenaturationstudiesStructuraldeterminationTheJ-810isthelatestintroductiontothelonglineofCircularDichroisminstrumentationfromJasco.UnparalleledopticalperformanceandoptionallyavailablemeasurementmodesarecombinedinamannertomaketheJ-810true"chiroopticalspectroscopyworkbench".31/362-2-3旋光法和圓二色性法應用1.單波長旋光法蔗糖+水葡萄糖+果糖酸還原簡單體系分析和純度判定，動力學研究反應機理研究32/362.旋光色散法有機物結構分析33/363.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，藥品定量分析。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，聚合物化學等相關科學研究。34/36例1：(+)-天然樟腦構型確實定天然樟腦(+)-樟腦可能有兩種絕對構型，W.HVekel曾人為指定它為A那樣構型，而Fredge等人卻確定它為B那樣構型。最終依據(jù)(+)-樟腦CD和ORD譜，構型確定為A。AORDCD300400500600700/nm35/36例2：鼠肝組蛋白與尼古丁作用后構象改變采取紫外差譜、熒光光譜和圓二色性光譜法對鼠肝組蛋白H1和H3與尼古丁作用后構象改變進行