圓二色光譜儀基本原理

一、什么是圓二色譜？

光學(xué)活性物質(zhì)對(duì)組成平面偏振光的左旋和右旋圓偏振光的吸收系數(shù)（ε）是不相等的，εL≠εR，這會(huì)使左、右圓偏振光透過(guò)后變成橢圓偏振光，這種現(xiàn)象稱為圓二色性（Circular dichroism, 縮寫(xiě)為CD）

根據(jù)圓二色光譜法的原理和測(cè)試要求設(shè)計(jì)制成的儀器稱為圓二色光譜儀，該儀器廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)構(gòu)象、酶動(dòng)力學(xué)、配位化合物、手性化合物等的科學(xué)研究。

利用圓二色光譜儀進(jìn)行分析時(shí)，所得結(jié)果常以圓二色光譜顯示。圓二色光譜中的橫坐標(biāo)是平面偏振光的波長(zhǎng)λ，縱坐標(biāo)為吸收系數(shù)之差（Δε=εL-εR）。由于εL≠εR，透射光不再是平面偏振光，而是橢圓偏振光，摩爾橢圓度[θ]與Δε的關(guān)系為：[θ]=3300Δε，因此圓二色光譜也可以摩爾橢圓度為縱坐標(biāo)，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)作圖。

1.1圓二色光譜儀的原理

光是橫電磁波，是一種在各個(gè)方向上振動(dòng)的射線。其電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量相互垂直，且與光波傳播方向垂直。由于產(chǎn)生感光作用的主要是電場(chǎng)矢量，一般就將電場(chǎng)矢量作為光波的振動(dòng)矢量。光波電場(chǎng)矢量與傳播方向所組成的平面稱為光波的振動(dòng)面。若此振動(dòng)面不隨時(shí)間變化，這束光就稱為平面偏振光，其振動(dòng)面即稱為偏振面，如圖1所示。

平面偏振光可分解為振幅、頻率相同，旋轉(zhuǎn)方向相反的兩圓偏振光，如圖2所示，圓偏振光的振幅保持不變，而方向周期性變化，電場(chǎng)矢量繞傳播方向螺旋前進(jìn)。其中電矢量以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的稱為右旋圓偏振光，如圖3所示，其中以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的稱為左旋圓偏振光，如圖4所示。兩束振幅、頻率相同，旋轉(zhuǎn)方向相反的偏振光也可以合成為一束平面偏振光。如果兩束偏振光的振幅不相同，則合成的將是一束橢圓偏振光。

圖1 平面偏振光產(chǎn)生示意圖

圖2 兩圓偏振光示意圖

此外，要想好好了解圓二色光譜儀，還需懂得何為光學(xué)活性物質(zhì)，即能使射入物質(zhì)的平面偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)稱為旋光性物質(zhì)或光學(xué)活性物質(zhì)，具有手性結(jié)構(gòu)的分子才具有光學(xué)活性。

圖3 右旋圓偏振光示意圖

圖4 左旋圓偏振光示意圖

1.2 圓二色光譜儀的結(jié)構(gòu)

圓二色光譜儀主要由氙燈、單色器、光電調(diào)節(jié)器、樣品池以及光電倍增管檢測(cè)器組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示圖如圖5所示。

圖5 圓二色光譜儀的原理圖

該儀器采用氙燈作光源，光電倍增管作檢測(cè)器，波長(zhǎng)范圍165～850 nm，檢測(cè)范圍為±3000 m°，具有波長(zhǎng)可調(diào)、光通量大、靈敏度高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和信噪比高等優(yōu)勢(shì)。其中旋光色散附件包含一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的線偏振分析棱鏡，其以45°角處在樣品和檢測(cè)器之間，來(lái)切換垂直和水平光。在圓二色光譜儀的光路上裝配旋光色散附件即可進(jìn)行旋光的測(cè)定，從而在手性藥物研究中不需使用兩種儀器。

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