【正文】 英文題目 Effect of temperature on optical properties of β carotene. 目錄 摘 要 Abstract 第一章 緒 論 ............................................. 1 第一節(jié) 類胡蘿卜素的基本概念及其研究意義 ................... 1 類胡蘿卜素的基本概念及 其 特 點(diǎn) ...................... 1 類胡蘿卜素的研究現(xiàn)狀 .............................. 2 第二節(jié) 分子光譜在類胡蘿卜素研究中的作用 ................... 5 紫外 可見吸收光譜 ................................ 5 激光拉曼光譜 .................................... 6 第 二 章 分子的光譜 ........................................ 7 第一節(jié) 分子的紫外 可見吸收光譜 .......................... 7 輻射躍遷的選擇定則和吸收強(qiáng)度 ..................... 8 類胡蘿卜素 分子 的紫外 可見 吸收光譜 ............... 10 第二節(jié) 分子的 拉曼光譜 .................................. 11 散射理論 ....................................... 11 拉曼散射的經(jīng)典解釋 ............................. 12 拉曼散射的量子解釋 ............................. 16 類胡蘿卜素分子的拉曼光譜 ....................... 21 第三章 溫度對(duì)β胡蘿卜素拉曼光譜的影響 ..................... 23 第一節(jié) 引言 ........................................... 23 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)部分 ....................................... 24 第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 與分析 ................................... 24 溫度對(duì)β胡蘿卜素紫外 — 可見吸收光譜的影響 ......... 24 溫度對(duì)β胡蘿卜素拉曼光譜的影響 ................... 26 結(jié)論 ..................................................... 34 致謝 ..................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................. 36 摘 要 我們知道 ，類胡蘿卜素 作為 多烯類生物分子 的一種， 是自然界中 天然存在的 最豐富色素之一， 而且 廣泛存在于 涵蓋 人 體 在內(nèi)的 眾多 生物有機(jī)體內(nèi)， 在 預(yù)防人類疾病 、 光合作用等方面起 至關(guān) 重要 的 作用。這是因?yàn)槔⑸浣孛?作為 一個(gè)重要的參量在拉曼光譜的研究和應(yīng)用中 發(fā)揮著不可替代的作用 。 光合色素 主要 存在于 葉綠體基粒 內(nèi) ， 包括 葉綠素、 輔助色素 和 反應(yīng)中心色素 。 類胡蘿卜素分子 具有的 共同結(jié)構(gòu)特征是共軛多烯骨架， 其 屬于 C2h對(duì)稱點(diǎn)群。研究 表明 ，在 波長(zhǎng)為 400550nm 的光譜范圍內(nèi)，葉綠素 a（ Chl a)分子 對(duì)光能 吸收很少， 然而 類胡蘿卜素分子在此波段 范圍對(duì)光能卻 有 很 強(qiáng)的吸收，從而拓寬了光合作用 中對(duì)光能吸收 的吸收光譜范圍，起 到了對(duì)光能吸收 的 輔助 作用。 然 而 20xx 年，王水 4 才等 研究人員的 理論證明 ， PSH 捕光天線中 的 葉綠素分子 和 類胡蘿卜素分子吸收光能后， 分別 以不 相 同的機(jī)制把 吸收的 能量通過核心天線 處 傳到反應(yīng)中心 處 ， 從而穩(wěn)定地 進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。 我們知道 ，人體 在進(jìn)行 生命活動(dòng) 時(shí)都 會(huì)產(chǎn)生自由基 ，一旦 自由基 積累 過多時(shí)，就會(huì) 在一定程度上 對(duì)人體造成 一些 傷害，如細(xì)胞衰老、組織損傷、畸形細(xì)胞產(chǎn)生等 傷害 ，科學(xué) 家 們認(rèn)為 這是 人體 逐漸衰弱 、 多病 、 逐漸 衰老 的 主要 原因 之 一。 [1315] 類胡蘿卜素還 具有 其他 生理方面的 功能：皮膚保健，眼保健，著色功能 ， 增強(qiáng)動(dòng)物的 生殖 能 力等 。 ④研究溶液 的 平衡， 例 如測(cè)定穩(wěn)定常數(shù)、酸堿離解常數(shù) 、 絡(luò)合物的組成等。 最 近幾年， 人們 為了 能夠 提高拉曼光譜的信號(hào)強(qiáng)度，提出了一些 更加 新的 和實(shí)用的 激光拉曼分析技術(shù)以及與其他分析技術(shù)， 例 如表面增強(qiáng)拉曼光譜（ SERS）技術(shù)，傅里葉變換拉曼光譜（ FTRaman）技術(shù)，激光拉曼遙測(cè)技術(shù) 和 激光拉曼顯微技術(shù)，高壓 、 高溫原位激光拉曼光譜技術(shù)等 [1826]。 分子的 紅外吸收光譜 和 拉曼光譜都是分子振動(dòng)、振動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng) 的 能級(jí)間躍遷 而引起 的，它在類胡蘿卜素 分子 領(lǐng)域的研究 中可以 敏銳 地顯示 出 外界 環(huán)境對(duì)類胡蘿卜素分子結(jié)構(gòu) 的影響的 微觀信息。 輻射躍遷的選擇定則和吸收強(qiáng)度 [3] 分子的 紫外 可見吸收光譜是 用來 研究電子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)間躍遷 的 過程中的 輻射吸收行為的 ， 這種輻射吸收行為 受到 輻射躍遷的選擇定則 的 限制。由于偶極距 的 算符 ? 只與軌道 的 運(yùn)動(dòng) 情況 有關(guān)，躍遷距積分 則 可以分解為 自旋重疊積分 fss0 、 振動(dòng)重疊積分 f??0 、電子躍遷距0 f? ??三者 的乘積，即 0 0 0 0f f f fss? ? ? ? ? ?? ? ? 距 不等于零， 就得 要求這三個(gè)積分同時(shí) 都 不為零，也就是 fss0 ≠0， f??0 ≠ 0， 0 f? ?? ≠ 0。 如果 f? 激發(fā)態(tài)是由 于電子從 m? 軌道躍遷到 n? 軌道 而 產(chǎn)生， 當(dāng) 躍遷相對(duì)應(yīng) 的兩個(gè)軌 道不都是 簡(jiǎn)并軌道 時(shí) ，躍遷相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)軌道 的 直積 就等于 基態(tài) 與 激發(fā)態(tài)的直積，即 f0 ?? ??? = nm ?? ??? ，這時(shí)（ ）式 便 可改寫 成 為 ??? ????? nm 根據(jù)（ ）式， 如果 偶極距算符的不可約表示中 包含 兩個(gè)軌道的直積 ，此時(shí) 電子的躍遷距 不等于 零，躍遷 行為是被 允許的。 下 圖為 全反式 β 胡蘿卜素 的吸收光譜 ， 以其為例子介紹下 類胡蘿卜素 分子的紫外 可見 吸收 光譜 的 特征： 400 500 6000 .00 .51 .01 .52 .02 .5Absorbance/a.u.W a v e l e n g t h / n m 圖 全反式 β 胡蘿卜素 分子 的吸收光譜 全反式 β 胡蘿卜素 分子包含 11 個(gè)共軛 的 雙鍵，對(duì)稱性為 C2h點(diǎn)群 [8]。 經(jīng)典電磁波的觀點(diǎn)：在光波電磁場(chǎng)的作用下 ,介質(zhì)中的電子 會(huì) 做受迫振動(dòng)，消耗能量， 從而 激發(fā)電子 的 振動(dòng)。對(duì)應(yīng)布里淵散射 和 拉曼散射 。 m2。 與 前者 （ 入射光頻率 ω L）相應(yīng)的是頻率 穩(wěn)定 不變的彈性光散射， 比 如瑞利散射； 于 后者 （ 新頻率（ ω q177。 可以較容易看出 ：拉曼散射的輻射強(qiáng)度中 包括 與 斯托克斯拉曼散射 有 關(guān) 連 的 B12(ω L－ω q4)項(xiàng) 、 與 反斯托克斯拉曼散射 有 關(guān) 聯(lián) 的 B22(ω L+ω q4)項(xiàng) 和 與瑞利散射 有關(guān)聯(lián) 的 B02(ω L4)項(xiàng)。 圖 、拉曼散射過程中 的 量子躍遷 如 圖可知：在入射光子（ ω L， kL）被吸收后， 會(huì) 使電子 以及 晶格 的 振動(dòng)從初態(tài)（ ne、 nq）躍遷到一個(gè)中間 虛 態(tài)（ ne、 nq）；隨即 會(huì) 輻射出散射光子（ ω s， ks） ，便 會(huì)從 中間虛態(tài) 返回 到終態(tài)（ ne、 nq） ,與此同時(shí) 會(huì) 湮沒（產(chǎn)生）了一個(gè)頻率為 ωq的元激發(fā)。需要注意的是：與Mkk(1)(t)相反， Mkm(1)(t)是復(fù)的 。 EmEk，末態(tài)能大于初態(tài)能；散射輻射 的 能量 比 激光（單）光子 的 能量 小 ，即Ls ?? ?? ?，對(duì)應(yīng)于反斯托克斯過程。對(duì)于 k=m，則有 ? ?????? ???? r Lrm rkkrLrk rkkrkk MMMMC ???? ?????? )()()()(1)( ? 可 得 ?? kkkk CC )()( ???? 因此， 如果 (Cβφ )kk是實(shí)的，則它 就 是對(duì)稱的 。由于全反式 β 胡蘿卜素 分子 在 波長(zhǎng)為 的激光激發(fā)下 正處于吸收帶內(nèi)，因此 會(huì)有 明顯 的 共振增強(qiáng)效應(yīng)， 在 研究中發(fā)現(xiàn) ， 激發(fā) 下 的全反式 β 胡蘿卜素 分子的 拉曼光譜 具有 很強(qiáng) 的 基頻風(fēng)，而且和頻和倍頻 的 相對(duì)強(qiáng)度 比 較強(qiáng) [1420]。 我們 借助 液芯光纖方法 探究了 溶液 濃度對(duì)溶液中 β胡蘿卜素拉曼散射 截面的影響， 隨其 溶液 濃度降低 ,β胡蘿卜素分子 的 拉曼散射截面 有 大幅度 的 增加 ,比普通分子的拉曼散射截面大近 10 個(gè)數(shù)量級(jí) [11]。 二甲基亞砜 和苯 均為分析純?cè)噭?。 又 由于 0— 0、 0— 0— 2 三種 躍遷 從而 形成三個(gè)主 要吸收峰 。 實(shí)驗(yàn)前拉曼光譜儀需要 通過 Si520cm1 拉曼線 進(jìn)行 定標(biāo) ， 以苯的 992cm1拉曼線為內(nèi)標(biāo) 。本文研究了溫度對(duì) β胡蘿卜素 光學(xué)性質(zhì)的影響。 其中，β胡蘿卜素作為 在 捕獲光能 中起 輔助 作用 ， 對(duì) 激發(fā)能的分配 有 調(diào)節(jié) 作用 以及使光合器官 避 免受 到 強(qiáng)光損傷 作為 光保護(hù)劑的分子，在 植物的 光合作用 中起著 至關(guān) 重要 的 作用 [5,6]，并且它與角黃素 和 番茄紅素還是研究π電子離域共軛分子性質(zhì)的理想系統(tǒng)，因 而相對(duì)更加 受人們的關(guān)注 [79]。對(duì)于晶體 、 分子 等 復(fù)雜能級(jí)系統(tǒng)， 在 中出現(xiàn)的受激中間態(tài) r都 是不能 直接計(jì)算 的 。自發(fā)（或吸收）輻射與拉曼散射 的 強(qiáng)度 之 間 沒有 直接的聯(lián)系，它們 運(yùn)用的 選擇規(guī)律也 完全 不同。 式中 ， 第二項(xiàng)是正常 的 拉曼散射，即 kkmEE ????。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(duì)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 ? ? ? ?? ?????? ???