【正文】 Abstract We know, carotenoids as a polyene biological molecules, is a natural existence in nature, the most abundant pigment, and widely exists in human body, covering many biological anisms, plays a vital role in the prevention of human diseases, such as photosynthesis. Lycopene, betacarotene and canthaxanthin is of concern and study the elements in three kinds of carotenoids carotenoids. Among them, beta carotene is collecting, transferring light energy function in photosynthesis。不同的光合色素具有的吸收光譜 不同 ，它們 在 吸光范圍 上 相互補(bǔ)充，使光合作用 能 在不同波長的 各種光 的 驅(qū)動下進(jìn)行，這是光合生物 經(jīng)過多年的進(jìn)化而形成的 對 生存 環(huán)境的適應(yīng)能力。 [16] 類胡蘿卜素是一 種 天然 存在 的 具有 脂溶性色 的 素分子，可以從自然界中 直接地 分離 和 提取大約 750 種， 其 主要存在于藻類 、 高等植物和光合細(xì)菌中 [7]。不同 種 的類胡蘿卜素分子主要 2 在于共軛鏈上的取代基 和 共軛鏈 長 度 有所不同 ， （ 圖 ） 給出三種 不同 取代基和 不同鏈長的類胡蘿卜素分子結(jié)構(gòu)式。 輔助 對 光能 的捕獲 ， 調(diào)節(jié)分配 激發(fā)能 ： 1941 年 ， Manning 和 Dutton 第一 次發(fā)現(xiàn)巖藻黃素 （一種類胡蘿卜素存在 于 硅藻屬的 Nitzschia clasterium 的 體內(nèi) ） 吸收的光能 在 光合作用 中被有效利用 [8]。 圖 LH2 復(fù)合物 的 吸收光譜 關(guān) 于 類胡蘿卜素激發(fā)能 的 傳遞有兩種理論 :Dexter 電子交換 和 F246。rster 共振能量傳遞機(jī)制 進(jìn)行的 ， F246。rster或 Dexter 機(jī)制傳遞給 周圍 的 其它 類胡蘿卜素分子，而 繼 最大幾率 地 以 Dexter機(jī)制傳 遞能量 給葉綠素 a（ Chl a) [10, 11]。 缺乏β胡蘿卜素缺乏時(shí) ， 會 產(chǎn)生 維生素 A 缺乏癥。 類胡蘿卜素 具有的 抗氧化 功能 己得到 了 公認(rèn)，其抗氧化 功能 甚至 都比 維生素 C和 維生素 E要好得多 。用β胡蘿卜素 來 治療 得了 口腔粘膜白斑病 的患者 ，可以使 得了 該病 患者的 病情 得 到明顯的 緩解。 一般情況下， 電子能級 之間的 間隔為 1—— 20ev，這一能量 范圍恰 好落于紫外 光區(qū) 與可見光區(qū)。 ②結(jié)構(gòu)分析，紫外 可見吸收光譜還 可以被 用于 推理 氫鍵的強(qiáng)度、空間阻礙效應(yīng)、幾何異構(gòu) 、 互變異構(gòu) 等現(xiàn)象 。 類胡蘿卜素 屬于 多烯類化合物，是具有碳碳雙鍵 與 單鍵 相互 交替 結(jié)構(gòu) 的共軛π電子體系。 類胡蘿卜素 的 吸收帶波長也與 類胡蘿卜素分子所處的環(huán)境溫度 有關(guān)，在不同 的溫度環(huán)境條件下，溶 液中 的 類胡蘿卜素 分子 的吸收帶波長也 會有所 改變。本文 借助 拉曼光譜在類胡蘿卜素 分子 研究中的優(yōu)勢， 重點(diǎn) 分析 了 類胡蘿卜素 分子在不同溫度下的 π電子離域 和 分子結(jié)構(gòu)有 序 [2729]。分子的電子振動光譜包括 ： 紅外吸收光譜 、 紫外 可見吸收光譜 和 拉曼散射光譜。 第一節(jié) 分子的紫外 可見吸收光譜 分子的紫外 可見光譜是分子的價(jià)電子在吸收輻射并躍遷到高能級后所產(chǎn)生的吸收光譜，為電子光譜。電子 的 吸收強(qiáng)度正比于躍遷偶極 ( ba?)的平方， a?和 b?，abba ???? ? 分別為分子 的 基態(tài) 電子波函數(shù) 和激發(fā)態(tài)電子波函數(shù) ，?是 分子的 8 偶極算符。根據(jù)量子力學(xué)的微擾理論，分子 從 基態(tài) 0? 躍遷到某 一 個激發(fā)態(tài) f? 的躍遷概率與躍遷距0 f???的平方成正比，即 躍遷概率 = ? ?320( 8 3 ) f o fht? ? ? ??? 式中， ? 為偶極距 的 算 算 符， ? ?fv0? 為產(chǎn)生 0? → f? 的 躍遷所需的輻射密度，t 為 光 照射 的 時(shí)間。在這種近似 理論 下，波函數(shù)中 的 電子運(yùn)動和核 的 運(yùn)動部分 就 可以分開 ，分別進(jìn)行 考慮。 9 f??0就是所謂的 FranckCondon 因子。如下式： 全對稱表示?????? f??? 0 在群論中，上式可以改寫成 ??? ????? f0 因?yàn)?在 偶極距算符 ? 中有三個分量 x? 、 y? 、 z? ，它們的不可約表示 就是在 特征標(biāo)表中與 x， y， z 相應(yīng)的不可約表示。按照 對稱性選律規(guī)則，在單光子激發(fā)時(shí) ， S0→ S1躍遷是 被禁阻 的，而 S0→ S2躍遷 則是被 允許的 [4]， S0→ S2躍遷 影響著 大部分類胡蘿卜素 分子 的吸收光譜性質(zhì)。隨著共軛雙鍵數(shù) 目 的增加 ，在 類胡蘿卜素分子的紫外 可見吸收光譜 中 ，譜帶也 會 發(fā)生 一定程度的 紅移， 而且 譜帶吸收峰 的 強(qiáng)度 也會有所 增加。如圖所示 ,全反式 β 胡蘿卜素 分子 的 S0→ S2 躍遷，吸收光譜 包括 最強(qiáng) 帶 — 0→ 1 帶（ ?≈ 15 104） 在內(nèi)的 0→ 0、 0→ 0→ 2三個精細(xì) 的 振動結(jié)構(gòu) 。 借助這個譜帶 ， 在研究β 胡蘿卜素 樣品的過程中 ， 便能夠 鑒別 出 順式結(jié)構(gòu)的β 胡蘿卜素 和 全反式 β 胡蘿卜素以及各種 其它 成分的含量。 所以 ，光散射就是電磁輻射 的 一種，是在 很小 的 范圍 內(nèi)由于 不均勻性 而 引起的 光的 衍射， 而且能夠 在 4π立體角內(nèi) 部 被檢測 得 到。對應(yīng)廷德爾散射 、 瑞利散射以及 米氏散射。 V1 γ ， ξ 都 是高階秩張量， 其中， γ 的 數(shù)量級為 1061C 系統(tǒng)中電荷的分布 情況決定 電子 的 極化率 α ，即 α =α (ρ )。 如果 分子中的原子以 ω q為頻 率 進(jìn)行 振動，則由 Q=Q0cosω qt式， 可得 到 一級拉曼效應(yīng)中電子 的 極化率隨時(shí)間變化 的 規(guī)律 ： tt q???? c o s)( 000 ???????????? 把 上式代入 M=α E式可 得到 ： ? ?ttEtEtttEtMqLqLLqLL)c o s ()c o s (21c o sc o sc o sc o s)(000000000??????????????????????????????????????? 可以容易的 看出 ， 感生偶極矩 M 的振動 包括： 入射光頻率 ω L 以及兩種 在 其兩側(cè) 對稱分布 的新頻率（ ω q177。 如果把 電子極化率 當(dāng)做 標(biāo)量， 那么 介質(zhì)中 的 原子都 在 平衡位置時(shí) ， 電子 的 極化率為 α 0，對 于 雙原子分子振動 而 引起 的 電子極化率的改變 量 Δα ??? ???0 雙原子分子 的 振動光學(xué)模型 變 成了波矢為 q， 頻率為 ω q 的平面波，由 其引起 的電子極化率 的 改變量 14 )cos (0 rqtq ??????? ??? 而入射光波頻率仍為 ω L， 則 波矢為 Lk?的平面電磁波為 )c o s (0 rkEE LL ?? ??? ? 感生偶極矩 ? ?? ?? ? ??????????????????????????????????rqktrqktErktErktErqtEMLqLLqLLLLLq???????????????)()c os ()()c os (21)c os ()c os ()c os ()(0000000????????????? 式中 ，不但出現(xiàn)了 與瑞利散射 對 應(yīng)的特 征量 )( rkLL?????， 還 出 還 現(xiàn)了與拉曼散射 對 應(yīng)的特征量)( qL??和 )(kL???。 由于 入射光（電磁）波 會 對雙原子分子 有 作用， 因而會 使其感生偶極矩按周期規(guī)律 進(jìn)行 變化，即振蕩偶極子 會不停地向周圍 （輻）散射電磁波。 然而，卻 在斯托克斯 的 散射強(qiáng)度 以及 反斯托克斯 的 散射強(qiáng)度的解說 上， 得到 與實(shí)驗(yàn)事實(shí) 不同的 的結(jié)論。 16 拉曼散射的量子解釋 [913] 以 kL、 ω L分別表示激發(fā)光入射光的 波矢 和 頻率，且 |kL|=2π /λ L； 以 ks、 ω s分別表示散射光的波矢 和 頻率，且 |ks|=2π /λ s； 以 q、 ω q分別表示散射過程中 ， 伴隨湮沒 或者 產(chǎn)生的元激發(fā) 的波矢和頻率。對于 r≠ k、 ar=0 和 ak=1 情況，其通解為 ? ???? k tik rektr ?)(),()0( 17 因系統(tǒng) 會 受到來自于光波電磁場的微擾，而 且 光波 的 波長 遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于原子 的 間距。此時(shí) ， 微擾系統(tǒng)的薛定格方程 ),(),()( 0 trtitrMEH ????? ??????? 若 k 態(tài)中 ， 未受微擾的系統(tǒng)由 ? ???? k tir reratr ?)(),()0( ?? 描述，則微擾解為 ),(),(),(),( )1()0( trtrtrtr kkk ???? ??????? 可以 得到 )0()1(0 )(),( kk MEtrtiH ?????????? ??? ???? 對上式做求解處理， 取 ? ?? ? ? ?? ?titi LkkLkkk ???? ????????? ?? expexp)0( 則 ? ?????? r rLrk krk MA ?? ???1 ? ?????? r rLrk krk MA ?? ???1 而 rdMMM krrkkr ????? ??? )( krrk ??? ?? 受到 的 微擾系統(tǒng)的矩陣元 rdtrMtrtM kmkm ???? ??? ? ),(),()()1( 將 18 ? ?? ?tiD tiCtiMtMLkmkmLkmkmkmkmkm )(e x p )(e x p)e x p ()()1( ?? ?????? ????? 式中的 Ckm和 Dkm分別為 ? ? ? ?? ?????? ??????r LrmkrkmLrkrmkrkm MMAMMA ???????????1 ? ? ? ?? ?????