拉曼除谱法在水溶液体系中的应用

摘要

自发拉曼光谱经常被用于研究溶液中的分子结构。蛋白质分子内部由于氢键的相互作用，存在着它们特殊的空间构象。蛋白质的空间构象决定了它们的功能，这就使得对它们二级结构的研究显得至关重要。蛋白质只有在水溶液环境中才能表现出生物活性。作为了解蛋白质的空间构象的关键光谱指针，酰胺A谱带常与水分子的O-H伸缩振动光谱相重合，数据分析极为困难。为了解决这类难题，本论文主要由两部分工作组成。在第一项项工作中，我们提出了一种新的光谱数据分析方法——拉曼除谱法，采用它可以发现很多平时无法得到的光谱信息。比如放大用以区分和提取蛋白质水溶液中的酰胺A谱带信号结构以及研究溶菌酶水溶液的热变性过程。第二项工作则是采用拉曼除谱法研究丙酮水溶液的微观非均匀混溶现象。具体研究内容如下:
　　(1)拉曼除谱法的数学模拟。模拟的蛋白质溶液光谱由模拟的纯水光谱与一个很弱的高斯线型谱峰加和而成，谱带信息无法被直接读出。在模拟拉曼除谱中可以观察到一个独立的谱峰。这个谱峰与之前模拟的酰胺A谱带谱峰几乎相同。无论是拉曼位移还是半高全宽，都和之前的模拟谱峰相吻合。拉曼除谱法在整个O-H键波数段的普遍适用性也被验证。
　　(2)拉曼除谱法研究溶菌酶和-α糜蛋白酶的酰胺A谱带结构。本工作中我们选取了溶菌酶和具有与其二级结构组成比例具有明显差异的α-糜蛋白酶这两种试剂。α-螺旋结构在酰胺I和酰胺A的波数范围中，分别落在比β-折叠更低和更高的波数段上。在水溶液酰胺I的谱峰位置对比中，溶菌酶波数更低，这是它具有更多的α-螺旋造成的，这一关系与它们的固体样品的拉曼光谱一致。在酰胺A波数段的拉曼除谱中，具有更多α-螺旋结构的溶菌酶其水溶液的谱峰，比具有更多β-折叠结构的α-糜蛋白酶水溶液的谱峰位于更高波数的位置。这一关系也与它们的固体样品的拉曼光谱一致。不难得出结论，它们的在这一波数段的谱峰信息被拉曼除谱法放大。
　　(3)拉曼除谱法研究溶菌酶水溶液的热变性过程。从60℃到84℃，在酰胺A谱带振动波数段内的溶菌酶水溶液拉曼除谱被测得，这些温度下的振动频率与温度的关系被S型曲线函数拟合。由拟合结果得出的溶菌酶在水溶液中的热变性温度为大约75℃。这里我们得到的溶菌酶在水溶液中的热变性温度与前人工作中得到的热变性温度是互相吻合的。这些结果证明拉曼除谱法可以用于直接观测蛋白质水溶液的酰胺A谱带信息。
　　(4)通过拉曼除谱的分析方法，观测丙酮水溶液的微观结构。丙酮是酮中结构最简单的，是实验室中常见的有机物，是常用溶剂，宏观上与水任意比例互溶。然而在分子层面上，丙酮与水实际上是否理想混合，是人们一直在讨论的问题。我们采用拉曼除谱法对它们的不同浓度溶液进行了分析。为了更方便研究丙酮-水体系中O-H段的拉曼光谱，具有与丙酮相似物理性质的全氘代丙酮被用来替代丙酮，与水配成溶液，拉曼除谱法帮助我们从溶液中提取出与丙酮的结合水的拉曼光谱。获得结合水的光谱后，通过高斯计算的方式将所测得的谱峰进行归属，进而分析出他们的空间结构。丙酮与水的非均匀混合现象被观测到，另外C-H……O的氢键也在论证中。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题思路

1．2 实验技术

1．2．1 拉曼光谱技术的历史

1．2．2 自发拉曼光谱技术

1．3 热点聚焦

参考文献

第二章 实验装置与数据处理方法

2．1 实验装置

2．1．1 自发拉曼装置简介

2．1．2 本实验室装置结构及实验条件

2．2 拉曼光谱的校正及处理

2．2．1 原始数据的汇总

2．2．2 谱峰位置的校正

2．2．3 谱峰强度的校正

2．2．4 谱峰拟合的相关处理

参考文献

第三章 拉曼除谱法原位测量水溶液中的蛋白质酰胺A谱带

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．3．1 蛋白质水溶液的拉曼光谱

3．3．2 拉曼除谱法

3．3．3 溶菌酶的热变性

3．3．4 结论

参考文献

第四章 拉曼除谱法研究丙酮水溶液微观结构

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 数据处理

参考文献

附录

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

致谢