第七章旋光色散和圆二色光谱案例
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旋光色散和圆二色性
旋光色散和圆二色性是眼球科学研究中最重要的两种原理,他们对提高人体视觉能力和推进视觉科学研究有着重大意义。
旋光色散原理认为,不同波长的光线因其不同的波粗糙程度而受到不同程度的折射,所以具有不同的色彩,光谱图上的各条线就是由这种现象引起的。
例如,人类的双眼不但能接收到可视光的波长,而且还能接收到光谱上的其他颜色,这一变化代表普通视觉是由这一原理引起的。
圆二色性原理指圆形结构中运用灰度变化能够区分椭圆形结构,它可以按该原理改变人类视觉结构,使人类看到更加逼真、清晰、富有视觉美感的圆形结构物。
此外,通过改变灰度,人们还可以分辨不同细小结构。
总的来说,旋光色散原理和圆二色性原理是眼球科学研究的重要原理,同时也具有重要的意义,它们有助于提高人类视觉能力,增强对外部环境的认知能力,为科学探索的道路提供建议。
圆二色谱圆二色谱是一种特殊的吸收普,它对手性分子的构象十分敏感,因此它是最重要的光谱实验之一。
手性是物质结构中的重要特征,即具有不能重叠的三维镜像对映异构体,它们的分子式完全相同,但其中原子或原子基团在空间的配置不同,互为镜像。
凡手性分子都具有光学活性,即可使偏振光的振动面发生旋转。
许多有机物和络合物都具有手性,它们的对映异构体物理化学性质(熔点、沸点、旋光度、溶解度、分子式等)几乎完全相同,但它们的旋光方向相反,生理作用大不相同。
生物基础分子一般都具有手性,也都具有光学活性。
在对生物分子手性的研究中,发现了令人惊异至今不解的对称性破缺现象,那就是在自然界中,氨基酸有L型和D型两种对映异构体,天然糖也有L糖和D糖两种糖。
但在生物体中,组成蛋白质的20种氨基酸,除最简单的甘氨酸不具有手性外,其余都是L型的,而生物体核酸中的糖环则都是D型的。
生物体中这种对称性破缺现象是有特殊意义的自然现象。
手性分子都具有光学活性。
当单色左旋与右旋的圆偏振光通过某一种手性样品时,该样品对左、右旋圆偏振光的吸收不同,这叫做圆二色性。
其差值△A=△AL一△AR称为圆二色值,按波长扫描就得到了圆二色谱(CD谱)。
利用法拉第效应,在外加磁场作用下,许多原来没有光学活性的物质也具有了光学活性,原来可测出CD谱的在磁场中CD信号将增大几个量级。
这种条件下即可测得磁圆二色谱(MCD谱)。
CD和MCD是特殊的吸收谱,它们比一般的吸收谱弱几个量级,但由于它们对分子结构十分敏感,因此近十几年来,CD和MCD 已成为研究分子构型和分子间相互作用的最重要的光谱实验之一。
利用CD和MCD 研究生物大分子和药物分子,具有重要的科学意义和实用价值。
基本定义和原理一束平面偏振光通过光学活性分子后,由于左、右圆偏振光的折射率不同,偏振面将旋转一定的角度,这种现象称为旋光,偏振面旋转的角度称为旋光度。
朝光源看,偏振面按顺时针方向旋转的,称为右旋,用“+”号表示;偏振面按逆时针方向旋转的,称为左旋,用“-”号表示。
演示实验:旋光色散
旋光是指有光学活性的分子使平面偏振光的振动方向旋转的现象,旋转程度与波长的关系称为旋光色散(ORD)。
实验原理
当偏振光通过某些物质(如石英、氯酸钠等晶体或食糖水溶液、松节油等)光矢量的振动面将以传播方向为轴发生转动,这一现象称为旋光现象。
本实验利用糖溶液的旋光性演示旋光现象及影响旋光效应的因素。
糖溶液放在两个偏振片中间,一个偏振片用于起偏,另一个偏振片用于检偏。
单色偏振光通过液态旋光物质时,振动面转过的角度即旋光度ΔΦ与旋光物质的性质、偏振光在旋光物质中经过的距离L、溶液浓度C有关,其关系为ΔΦ=αCL。
(比例系数α称溶液的旋光率,它是与入射光波长有关的常数)旋光度大致与入射偏振光波长的平方成反比。
这种旋光度随波长而变化的现象称为旋光色散。
本实验既可以演示白色偏振光的旋光色散现象,形成螺旋彩虹,也可以半定量地测量不同波长的光对偏振面旋转角度的影响。
旋光色散的应用
1.利用旋光效应原理快速测量糖溶液浓度;
2.基于石英晶体旋光色散效应的波长检测,通过检测偏振光
的旋光角度来确定波长。
波长检测范围超过1000nm,检测
分辨率优于0.1pm,检测精度超过2pm;
3.化学方面,左右旋圆偏振光的强度,随着波长不同而改变
的谱线,称为圆二色性,或圆二色散光谱。
旋光谱和元二色散光谱在药学上主要用于幽体化合物,生物碱,氨基酸,抗生素及糖类等立体结构的研究及定性鉴别。