圆二色谱张诗群解析.docVIP

高级物理化学实验 实验项目名称：圆二色光谱原理、实验技术及应用 : 张诗群 学号：130420123 指导教师：吴舒婷老师 成绩评定： 评阅教师： 日期： 2014 年 7 月 10 日 一、实验目的： 1 圆二色性； 2 圆二色谱的原理及应用； 3 圆二色谱的相关拓展知识； 4 圆二色谱的实验技术及操作； 二、实验原理： 圆二色性是手性分子在光学上表现的一种特性。光可视为振动方向与传播方向垂直的电磁横波。当光波的电矢量方向以一个固定的角速度以传播方向为轴心匀速旋转时，称之为圆偏振光。根据圆偏振光电矢量旋转方向的不同，可以将其区分为左圆偏振光和右圆偏振光。一束平面偏振光可以看成是由两个振幅和速度相同而螺旋前进方向相反的圆偏振光叠加而成（图1）。两圆偏振光彼此对映，互为镜像。当手性物质在偏振光的波长范围内存在吸收的时候，其对左右圆偏振光的吸收程度，也就是摩尔吸光系数，是不同的。此时不但偏振光的偏振平面将被旋转，构成该偏振光的左右圆偏振光的振幅也将不再相等。组成出射光的左右圆偏振光的电矢量和将沿一个椭圆轨迹移动，此时的出射光就是椭圆偏振光（图2）。这种光学现象就称为手性物质所具有的圆二色性。对于纯手性物质，其椭圆偏振光的椭圆度θ在特定溶剂、浓度、温度和光程下，在特定波长处为定值。同时，在特定波长处的椭圆度θ与在该波长处对左右圆偏振光的摩尔吸光系数之差(Δε)成正比。将θ或Δε对波长作图，即得到圆二色光谱。 图1 右圆偏振光(a)、左圆偏振光(b)及平面偏振光示意图，水平箭头表示光的传播方向。 图2 (a) 平面偏振光的圆组分；(b) 平面偏振光的旋转与圆组分；(c) 椭圆偏振光的旋转与圆组分被吸收的情况。其中，OB与OC分别表示右、左圆偏振光被吸收后的振幅，OD表示OB与OC的矢量和，θ表示椭圆偏振光的椭圆率角，tanθ = OE/OA″≈ θ。 圆二色光谱的英文名称为Circular Dichroism，简称CD光谱。其光谱仪的基本测试原理是——通过入射圆偏振光的波长变化，测定手性样品的左圆偏振光和右圆偏振光摩尔消光系数之差Δε。由于CD光谱反映了光和分子间的能量交换，因而只能在有最大能量交换的共振波长范围内测。CD光谱可用于分析一般电子光谱所不能体现出来的能级跃迁的细节，是讨论手性化合物电子跃迁性质的重要表征手段。当测试条件严格一致时，一对对映异构体的CD光谱呈镜像对称。通常采用光学纯的样品（即仅含单一对映体）进行CD光谱的测定，可由实验值 θ 根据浓度 c、光程长 l 求出该纯样的Δε 。在严格相同的测试条件下，测定未知样品的CD光谱，可根据实验值求出未知样的Δε ’ 。根据上述数据可估算未知样品的对映体过量值（Enantiomeric Excess，简称ee%）。当样品溶解性差、溶剂背景干扰、溶解过程中绝对构型发生变化时，固相CD光谱测试很有必要。通常对纯样进行CD光谱的测试，可在样品绝对构型与CD信号间建立关联。对同物质未知ee%值的样品，可通过CD光谱，简单判断其哪种对映体过量。此外，光谱还可结合其他结构表征手段用于关联确定手性化合物的绝对构型，或检测靶向分子与DNA等生物大分子的相互作用。 图3 圆二色光谱仪示意图 如图3所示，圆二色光谱仪由氙灯光源、单色系统、偏振系统、样品台、光 电倍增管等部件组成。具体参数如下： 光源 两种标配灯：150瓦氙灯及150瓦汞氙灯可同时装置。分离式光源置,205nm以上测量不需使用氮气,波长205nm以下氮器使用量3升/每分钟。 单色器 光栅：双光栅1200条/mm。波长设定范围：185至800 nm。 光学系统 全反射消色差的光学系统, 氟化镁（MgF2 ）偏振光学组件,具参比二极管检测器。 数据采集及数据分析 采样速率： 10 微秒/每点-1000 秒/每点。 波长扫描速度： 最高 1200nm/min (0.05秒 to 20秒/每点) 。 圆二色测量噪声： 0.01 mdeg°(2nm, 1sec)。 基线稳定性： 0.01 mdeg°/小时。 CD分辨率： 最低达0.0006mdeg。 CD测量范围： 最高达±6500mdeg。 三、仪器和药品： （1）、药品：KCl (光谱纯)、纯手性试剂、无水乙醇（A.R.）。 （2）、仪器：MOS-450圆二色光谱仪，分析天平，压片机（包括压模等），玛瑙研钵。 四、实验步骤： 1 电源 依次打开ALX-250光源开关（先开光源盒背后开关，再开光源盒面板开关），MM-450电源开关，计算机电源，预热半小时。查看ALX-250面板显示功率，微调旋钮，将功率确定在150W。 2 制备样品 液相样品：选取洁净的比色皿，为减小实验误差，