【正文】 二甲基亞砜中 , 制成 10 mlβ胡蘿卜素摩爾濃度為 105 mol/L 的液態(tài)樣品 。因而， 在不同溶劑 中， 溶劑效應 會使 吸收峰位置有所不同 。用作激發(fā)光源的是氬離子激光器 ，其 激發(fā)光 的 波長為 nm, 積分時間 10 s。 在一定 條件下， 隨著溫度變化， 多烯類線性鏈狀分子 的 結構有序程度 也隨之變化 ， 其相應的光學性質 ： 拉曼散射截面 、 三階非線性系數 、 紫外可見吸收光譜 、 拉曼光譜 等也會有一定的變化。西紅柿紅素 、 角黃素 和 β胡蘿卜素是人們最為感興趣的三種類胡蘿卜素 。 21 若入射光沿 β 方向 上 偏振，在沿 φ 方向 上 用分析檢測器 對散射光進行觀察 ，則 可得 單位立體角 dΩ 中 的 散射強度為 0244 )()(1)( ICCI kmLkmkm ?????? ?? 只有在簡單系統(tǒng)中（自由電子 、 如諧振子、某些簡單原子） ， 用 (Cβφ )km 直接從 到 式計算 的 散射強度 才 是可行的。因為中間態(tài) r是吸收入射光子 之后 產生的 比 初態(tài) 高的 激發(fā)態(tài)，所以 在 式 的 求和過程中 ，包括了 低于初態(tài) k的 狀態(tài)存在 顯然是不 合理 的。 式中 ， 第一項是末態(tài)能量 小于 初態(tài)能量 ， 它描述了與外來激光頻率ω L沒有關系 的伴隨 著 k? m躍遷的自發(fā)輻射。 如果 忽略 共振現(xiàn)象，則光波 的 電場可以 表示如下 titi LL eAAeE ?? *??? 式中 ， A是復振幅，則光波 的 磁場可以 表示如下 MEH?????? ?? j jreM??，即 是 系統(tǒng)的電子偶極矩。因 而 ，不能 夠 用經典電磁理論 來 解釋散射光強的問題。 是 拉曼散射選擇定則 的重要組成 。 對于 足夠小的核位移 ， α 將 跟 隨簡正坐標)( 12 uuQ ???（ μ 是約化質量）做線性變化，將 α 對簡正坐標（ Q（ q， t） ） 按泰勒級數 進行 展開 ，便 是贗自旋波或 廣義聲子的簡正坐標 ： ???????????????????????????????????? 3033202200 !31!21 ????? 其中 ， Q 的一次項 和二次項分別確定了 一級拉曼效應 和 二級拉曼效應。 m2。 2. 如果 介質 不是 很均勻（有起伏） 的 ， 射入其中的 光（電磁）波與其 發(fā)生 12 作用后 會 被散射到其它 的 方向， 但 只要 該 起伏與時間無關 ，散射光的頻率 就會保持不變 ，只是波矢方向 會發(fā)生 偏射，這 是 彈性散射。 由于 β 胡蘿卜素分子 的 構型從 全反式 （線形分子 ）轉 變?yōu)轫樖?（ 彎曲行 )分子 ，之后的 S0→ S1躍遷譜帶 便 被稱為順式峰（ cispeak）。 相對于 S0S2 的躍遷 ， 類胡蘿卜素 分子 在可見藍綠光譜區(qū)躍遷 時 吸收 的 光譜通常 包括 三 或 四個 比較 精細 的 振結構；而當 有 端基 與 一些 共軛骨架發(fā)生 相互 排斥作用 進而會 使其與共軛多烯 不再 共面時，分子的構型分布 會一定程度的 展寬，振動結構 也會 變得不 再像以前一樣 明顯 [67]。 0 f? ?? ≠ 0即電子 的 躍遷距不 為 零， 則 要求被積函數為全對稱 的 表示形式 。 BornOppenheimer 提出了一 個 近似 理論 ：由于電子運動速率 要 比核的運動 速率大得 很多， 這樣便 可以假定 ： 電子在兩個軌道之間 進行 跳躍時 ， 核 的 運動 狀態(tài) 不 會 發(fā)生 任何 變化。在處理光與分子 的 相互作用 過程中 ，通常 會用到 量子力學含時微擾理論對分子 進行 研究， 然而卻會 用 諧振電場近似方法 對光進行研究 ，這是 因為很多的相 關光吸收現(xiàn)象都 能夠用 這種半經典的近似 理論 來解釋。分子的結構和 性質能夠 通過分子 光譜 特征 表現(xiàn)出來，分子間 存在 的相互作用 也會 對分子 的 結構有一定 程度 的影響， 從而會 在 分子 光譜中表現(xiàn)出譜線 的 線寬 、 頻移 以及 相對強度的變化。類 6 胡蘿卜素 分子 在可見藍綠光譜區(qū) 范圍 的強躍遷 是 允許吸收 S0S2 的躍遷，吸收光譜 一般情況下會 呈現(xiàn)三 或 四個精細 的 振 動結構；而當 有 端基與 一些 共軛骨架發(fā)生相互的 排斥作用 進而會 使其與共軛多烯 不再 共平面時，分子的構型分布 會一定程度的 展寬，振動結構 也會 變得不 再像以前一樣 明顯 [1617]。 它的應用范圍 主要 包括： ①定量分析， 其被 廣泛用于各種物質中超微量 、 微量 及其 常量的有機物質 和無機 物質的 測定。β胡蘿卜素也曾 5 被 用 于 治療 得了重度 口腔癌的高危險 患 者。 類胡蘿卜素 在 生理 方面的 功能 和 應用 類胡蘿卜素 充當 功能性 的營 養(yǎng)添加劑 β胡蘿卜素 作為 維生素 A的前體， 能 在動物體內 通過生化反應 能轉化為維生素 A，是動物體 獲取 維生素 A 的主要來源 。 1999 年， Damjanovic 等 研究人員 指出，類胡蘿卜素向葉綠素 a（ Chl a)分子的能量傳遞最可能是通過 F246。 我們將 對其 進行較為詳細的 闡述 說明。 我們要研究的 類胡蘿卜素分子 便屬于 輔助色素分子。 為人們進一步對 類胡蘿卜素的結構與性質 的探究提供了一定的參考資料。 本論文采用設計物理模型 以及 計算機模擬結合光譜實驗等方法， 從 多角度多方面 對溶液中的類胡蘿卜素（多烯類線形生物分子）光譜特性 進行了研究。 其中， β胡蘿卜素在 生 物 光合作用中有采集、轉移光能 等功能 ； 番茄紅素有 著 預防癌癥 和 人類老化的功能 ， 更是物理學 、 化學 和 生物學研究的熱點之一。散射截面 大小 不僅 與 散射分子的結構 、 激發(fā)光的頻率有關，還和被散射分子所處的環(huán)境 條件 有關。不同的光合色素具有的吸收光譜 不同 ，它們 在 吸光范圍 上 相互補充，使光合作用 能 在不同波長的 各種光 的 驅動下進行，這是光合生物 經過多年的進化而形成的 對 生存 環(huán)境的適應能力。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構式。 圖 LH2復合物 的 吸收光譜 關 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或 Dexter 機制傳遞給 周圍 的 其它 類胡蘿卜素分子，而 繼 最大幾率 地 以 Dexter機制傳 遞能量 給葉綠素 a（ Chl a) [10, 11]。 類胡蘿卜素 具有的 抗氧化 功能 己得到 了 公認，其抗氧化 功能 甚至 都比 維生素 C和 維生素 E要好得多 。 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)。 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 結構 的共軛π電子體系。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 分析 了 類胡蘿卜素 分子在不同溫度下的 π電子離域 和 分子結構有 序 [2729]。 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電子在吸收輻射并躍遷到高能級后所產生的吸收光譜，為電子光譜。根據量子力學的微擾理論，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 = ? ?32 0( 8 3 ) f ofht? ? ? ??? 式中， ? 為偶極距 的 算 算 符， ? ?fv0? 為產生 0? → f? 的 躍遷所需的輻射密度，t為 光 照射 的 時間。 9 f??0 就是所謂的 FranckCondon 因子。按照 對稱性選律規(guī)則，在單光子激發(fā)時 ， 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。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 帶 — 0→ 1 帶（ ?≈ 15 104） 在內的 0→ 0、 0→ 0→ 2 三個精細 的 振動結構 。 所以 ，光散射就是電磁輻射 的 一種，是在 很小 的 范圍 內由于 不均勻性 而 引起的 光的 衍射， 而且能夠 在 4π立體角內 部 被檢測 得 到。 V1 系統(tǒng)中電荷的分布 情況決定 電子 的 極化率 α ，即 α =α (ρ )。 如果把 電子極化率 當做 標量， 那么 介質中 的 原子都 在 平衡位置時 ， 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 os (0 rkEE LL ?? ??? ? 感生偶極矩 ? ?? ?? ? ??????????????????????????????????rqktrqktErktErktErqtEMLqLLqLLLLLq???????????????)()c o s ()()c o s (21)c o s ()c o s ()c o s ()(0000000????????????? 式中 ，不但出現(xiàn)了 與瑞利散射 對 應的特 征量 )( rkLL?????， 還 出 還 現(xiàn)了與拉曼散射 對 應的特征量)( qL??和 )(kL???。 然而，卻 在斯托克斯 的 散射強度 以及 反斯托克斯 的 散射強度的解說 上， 得到 與實驗事實 不同的 的結論。對于 r≠ k、 ar=0 和 ak=1 情況，其通解為 ?????ktik 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 遠大于原子 的 間距。 則 Mkmexp(－ iω kmt)分量 發(fā)射 的 輻射為零，與真實偶極子的經典輻射 情況等價 ，則有 )exp()exp( tiMtiMM kmkmkmkmmk ?? ?? ??? 若 ω km0，即 ω k－ω m0，末態(tài)能量 小于 初態(tài)能量， k， m分別為初 態(tài) 、末態(tài) 。 式中 ， 第三項表示 的是 有兩個量子 伴隨 的 躍遷。若 忽略 永久偶極矩 Mkk，而系數關系 (Cβφ )kk=(Cφβ )kk可得 ?? ?? ? ???? ???? ? EECM kkkkk )()1( )()( 式中 α βφ (k)是 k態(tài)的電極化率，是實的，將 代入 式 中 243 )()(34? ????? ? ????? ACCI kmLkmkm 再用eAA ????， 其中 e?是 在 入射光偏振方向 上 的單位矢 量 ，而入射光