圆二色谱原理与应用共54页
演示文稿圆二色谱原理
E
传播方向
振动面
由于感光作用都是E 引起的，因而，将E 作为光矢量。
振动面：E 与光传播方向组成的平面。
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从统计规律上说，自然光的光振动: 在垂直于光速的平面上遍布所有方向， 沿各方向振动的光矢量呈对称分布,
相应光矢量的振幅（光强度）相等。
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演示文稿圆二色谱原理
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（优选）圆二色谱原理
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光学活性分子对左、右圆偏光 的吸收率的差值
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1、自然光
光具有波、粒二象性，是横电磁波。只有横波才有偏振现象:
光矢量的振动方向与光的传播方向垂直，
在垂直于光传播方向的平面内, 有不同的振动方向。 • 电场矢量E和磁场矢量H互相垂直、位相相同。
交流成分S相当 于圆二色性
直流成分 IA=（IL+IR）/2
当调制电压过其峰值（正和负）时，
εR＞εL时，透过的右旋圆偏光的光强对应于最大值，而左旋最小（实线）； εR＜εL时，透过的左旋圆偏光的光强对应于最大值，而右旋最小（虚线）。 PMT的输出信号由正比于IA的直流分量和正比于S的交流分量所组成。
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Far UV CD spectra of poly-L-Lys
1、100% α-螺旋 2、100% β-折叠 3、100%无规卷曲
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Main CD features of protein 2ndary structures
α-helix β-sheet β-turn polypro II helix Random coil
- band (nm) 222 208 216
圆二色谱CD原理
• 紫外光区：只有芳香族色氨酸、酪氨酸和苯丙氨 酸有吸收。
• 氨基酸分子内的紫外生色基团：吲哚基、酚羟基、 苯基、二硫键、咪唑基和羧基等。
2、肽的圆二色谱
活性肽构象与其生理功能的关系 肽的构象也是蛋白质构象的一种模型。 肽的圆二色性为研究肽在溶液中的构象提供了重要信息。
朝光源看， 电场矢量方向按顺时针方向旋转的，称为右圆偏振光； 电场矢量方向按逆时针方向旋转的，称为左圆偏振光。
6、光的叠加
一束自然光可以看作是两束相互垂直而没 有相位关系的平面偏振光的加和。
旋转方向相反的 左、右圆偏光 透过一光学 活性物质后
振幅 相等 相等 不等 不等
透过的左、右圆偏光
相位
矢量和
晶轴相互平行时， 透射光强度最大；
晶轴夹角为α时，透 射光强度与cos2α成 正比。
晶轴相互垂直时， 透射光强度为零；
3、平面偏振光（Plane polarized light）
也称线（完全）偏振光，简称偏振光。 它的振动面称为其偏振面。 振动方向保持不变 振幅发生周期性变化 E之端点在空间的轨迹为一平面正弦曲线 投影到垂直于光传播方向的平面上为一直线段
what about 50oC? t = xoo + x7575
x+ xb + xc = 1.0 t = x + xbb + xcc • 改变x、xb和xc，使t与样本曲线最佳拟合（最小二乘法，least squares minimization ）
myoglobin
t = x + xbb + xcc fits best with
x = 80% xb = 0% xc = 20% agrees well with structure 78% helix, 22% coil
圆二色谱
0
TM-36 aqueous
-5
TM-36 + TFE
-10
MRE MRE
Effect of 50% TFE on a monomeric peptide
0
peptide in water
peptide in 50% TFE
-5
-10
-15
TFE
-20
-25
-30
-35
200
210
220
230
240
+ band (nm) 192
195
220-230 (weak) 180-190 (strong) 190
205 210-230 weak
200
212
估算蛋白质α螺旋含量
仅适合α含量较高的蛋白质！
If we measure the CD signal for a protein of unknown structure we can find its proportion of 2ndry structures
圆偏振光(Circular polarized light)
振幅保持不变，而方向周期变化， 电场矢量绕传播方向螺旋前进
圆偏振光
朝光源看， 电场矢量方向按顺时针方向旋转的，称为右圆偏振光； 电场矢量方向按逆时针方向旋转的，称为左圆偏振光。
圆二色性(circular dichroism, CD)
¾ 光学活性分子对左、右圆偏振光的吸收也不 同，使左、右圆偏振光透过后变成椭圆偏振 光，这种现象称为圆二色性。
wavelength in nm
-15
-20
-25
-30
TFE
-35
圆二色谱原理
圆二色谱原理
圆二色谱是一种用于分析物质结构和对手性化合物的光学活性的技术。
它是利用物质对左右旋光的吸收差异来进行分析的，对于手性分子的研究具有非常重要的意义。
在圆二色谱的原理中，主要涉及到两个概念，旋光度和比旋度。
旋光度是指物质溶液对圆偏振光旋转的程度，它是圆二色谱分析的基础。
当圆偏振光通过手性分子溶液时，由于分子的对称性不同，左旋光和右旋光会被不同程度地吸收，从而导致光的旋转。
这种旋转的程度就是旋光度，通常用角度表示。
比旋度是指单位长度内的旋光度，它是一个物质的固有性质，与浓度和物质的性质有关。
可以通过比旋度来判断物质的对手性程度，从而进行对手性分析。
圆二色谱的原理是基于这两个概念的。
当圆偏振光通过样品溶液时，左旋光和右旋光会被不同程度地吸收，从而形成一个圆二色信号。
通过检测这个信号的强度和波长，就可以得到样品的圆二色谱图谱。
在图谱中，不同的吸收峰代表不同的对手性分子，通过比较不同样品的圆二色谱图谱，可以进行对手性分析和结构分析。
圆二色谱的应用非常广泛，特别是在药物研发和生物化学领域。
通过圆二色谱分析，可以确定化合物的对手性纯度，从而保证药物
的有效性和安全性。
此外，圆二色谱还可以用于蛋白质的结构分析，对于研究生物大分子的结构和功能具有重要意义。
总之，圆二色谱是一种非常重要的分析技术，它通过测量物质
对圆偏振光的吸收差异来进行对手性分析和结构分析。
在化学、药
物和生物领域都有着广泛的应用前景，对于推动科学研究和技术发
展具有重要意义。
实验4 圆二色光谱
实验二圆二色光谱一、实验目的1.学习和了解圆二色光谱的原理2.掌握圆二色光谱的的操作和分析二、实验原理1.圆偏振光振幅保持不变，而方向随前进方向随周期性变化，电场矢量绕绕传播方向螺旋前进2.圆二色性当光通过光学活性的物质时，介质对左右旋的圆偏振光的吸收率不同，二者的差值称为该物质的圆二色性（circular dichroism，简称CD）3.圆二色谱图光学活性物质对左右圆偏振光的吸收率之差为Δε=εL-εR是随入射偏振光的波长变化而变化的以Δε或有关量为纵坐标，波长为横坐标得到的谱图称为圆二色谱图,由于Δε绝对值很小，常用摩尔椭圆[θ]度来代替，二者的关系是[θ] =3300Δε当光学活性物质对光没有特性吸收时，在谱图中仅为一条近似的直线，当光学活性物质对光存在特征性吸收时通常有两种情况：当εL>εR得到一个正的圆二色谱图，当εL<εR得到一个负的圆二色谱图三、实验内容1.实验仪器及构造圆二色谱仪的基本构造：2.圆二色谱的应用蛋白质的圆二色性(1)由氨基酸通过肽键连接而成；(2)光学活性基团：肽键、芳香氨基酸残基、二硫桥键；(3)蛋白质有多个结构层次，相同的氨基酸序列，因蛋白质的折叠结构不同，基团的光学活性受到影响。
蛋白质的圆二色特征(1)光学活性基团及折叠结构；(2)250nm以下的光谱区，肽键的电子跃迁引起；(3)250~300nm光谱区，侧链芳香基团的电子跃迁引起；(4)300~700nm光谱区，蛋白质辅基等外在生色基团引起。
3.实验内容分别测定左旋和右旋苯丙氨酸的圆二色光谱三、实验结论可以通过圆二色光谱来分析化合物的手性结构。
从图中可知，左旋异构体对右旋的圆偏振光的吸收要比左旋圆偏振光大；同理，右旋异构体对左旋圆偏振光的吸收要比右旋圆偏振光要大。
故在分析位置样品时，若谱线峰值大于零，则为左旋，反之，则为左旋。
圆二色谱
旋光色散与圆二色性
叠加原理
¾ 一束自然光可以分解或看作两束相互垂直而没有相位关系
的平面偏振光的加和。
¾ 平面偏振光可以分解成两束相位相等而旋转方向相反的
圆偏振光的加和。 ¾ 当振幅相等，并同步的左、右圆偏振光相加，则产生平面
偏振光；如果这两束圆偏振光的振幅不等则产生椭圆偏 振光(elliptically polarized light)
圆二色性(circular dichroism, CD)
¾ 光学活性分子对左、右圆偏振光的吸收也不 同，使左、右圆偏振光透过后变成椭圆偏振 光，这种现象称为圆二色性。
圆二色性的表示
¾ 吸收(率)差 Δε = εL - εR ΔA = AL – AR
¾ 椭圆度θ，摩尔椭圆度[θ] θ=2.303(AL – AR)/4 [θ] = 3298(εL - εR)≈3300 (εL - εR) 在蛋白质研究中，常用平均残基摩尔椭圆度
Determination of Protein Concentration
¾ Good Methods: 1. Quantitative amino acid composition 2. Determination of backbone amide groups using the microbiuret method. 3. Determination of moles of tyrosine using difference spectroscopy under denaturing conditions. 4. Determination of total nitrogen.
at the effect of trifluoroethanol (TFE) dimer to single helices
圆二色谱的原理和应用
如果配基的电子跃迁偶极矩方向平行于碱基对的长轴方向, 则 ICD 信号为正，表示该分子的长轴与短链 DNA 的碱基对间处于平行的几 何位置（图A），如果垂直于碱基对的长轴方向, ICD 为负，表示该分子的长轴与短链 DNA 的碱基对间处于垂直的几何位置（图B）。 300 nm以下的 ICD 是对 DNA 原正负峰的影响, 也有望用于此类筛选。 222nm的双负峰，木瓜蛋白酶的CD谱则218nm处负峰210nm、222nm处的负肩，当CPI与木瓜蛋白酶以等摩尔数结合后,此时的CD谱 呈现208nm、218nm处双负峰,极值下移,说明蛋白质的结构发生了变化。
小分子与DNA相互作用的典型方式有3种: 嵌入、沟结合和烷基化/金属化。
圆二色谱对水稻巯基蛋Байду номын сангаас酶抑制 剂的研究
天然态CPI的圆二色谱 (CD谱)显示206nm和
222nm的双负峰，木瓜
蛋白酶的CD谱则218nm
处负峰210nm、222nm
处的负肩，当CPI与木瓜
小分子与DNA相互作用的典型方式有3种: 嵌入、沟结合和烷基化/金属化。 小分子与DNA相互作用的典型方式有3种: 嵌入、沟结合和烷基化/金属化。
明显不同,其实质是二者
构象变化的共同贡献.
可以看出右旋的和左旋的 金纳米颗粒，金字塔形状 和四面体结构的金纳米晶 体，不同的形状圆二光谱 不同。
文档仅供参考圆二色谱仪的装置整个装置在氮气保护下进行光源是氙灯通过单色器后变为单色光经过起偏器后变为线偏振光线偏振光经过光电调制器分为左右圆偏振光再经过具有光学活性的试样试样对左右圆偏振光的吸收不同从而合成椭圆偏振光表现出圆二色性在检查器上表现出圆二色谱图为纵坐标为横坐标
圆二色谱原理与应用
平面偏振光 n1折射率
n2折射率
tan(i0)＝n2/n1 时i0 被称为布鲁斯特角 此时的反射光为平面偏振光，利用该原 理可制造起偏器。
双折射：
光轴
o-ray
光轴 45deg 45deg
e-ray
当一束光经过各向异性的晶体或其他状态的介质 时产生相互垂直的两束偏振光 o, e
当光离开晶体时的Φ2-Φ1=2*pi*l/(n0-ne)*入 四分之一波片 如果l=入/4 /(n0-ne) 则Φ2-Φ1=pi/2 此时如果入射光与光轴夹角为45度
为了方便比较 我们用θ来描 述椭圆的信息
泰勒一阶展开式
度
圆二机器测量值
Per residue 2)
in proper units (CD spectroscopists use decimol)
光谱学家一般采用摩尔椭圆率 和 Deltaepslon大家形成统 一的单位易于比较
偏振光的产生:
折射： i0
园二二级结构分析相关文献 /~sreeram/PDF/index.html
Cdpro分析:定期更新:SELCON3, CDSSTR,and CONTIN CLUSTER /~sreeram/CDPro/
• below 195nm oxygen will absorb radiation
氮气流量
15-20 for >180nm >20 for <180nm
温度:圆二信号同紫外和荧光一样对温度十分敏感 实验平行体系温度要保持一致 房间空调,同时仪器控温
HT plot
• The HT plot is very important, since readings above 600-650V mean that not enough light is reaching the detector so a sample dilution or the use of shorter path cell are required.
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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圆二色谱原理与应用
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯