基于逆向空间偏移拉曼光谱技术的多层混浊样品深层分析研究

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作者 余凡 李贺平 +3 位作者 赵天煜 梁卓文 赵航 王爽 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3456-3461,共6页

空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、快速、无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置,在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上,检测与分析了不同空间偏移量(Δs)... 空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、快速、无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置,在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上,检测与分析了不同空间偏移量(Δs)条件下双/三层组织模型内的深层拉曼光谱信息,并根据几何光学理论和投影测量原理,量化标定了Δs与锥透镜空间位置之间的关系,这为精确控制光谱检测条件提供了保障。为了验证该装置的检测能力,采用由羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型和猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型,获得不同Δs条件下包含样品表层和深层信息的混合光谱。并进一步对该混合光谱进行面积归一化处理,观察到随着Δs的增大样品表层的拉曼贡献逐渐减小,而第二层以及第三层的拉曼贡献逐渐增大的现象。在此基础上,通过选择模型中每层物质的拉曼特征峰计算其相对拉曼强度,分析研究了相对拉曼强度、空间偏移量与样品厚度三者之间关系,即当Δs增大时相对拉曼强度比值随之增加,这清晰地表明深层物质的拉曼强度增加。然而,在同一Δs条件下,相对拉曼强度随着表层物质厚度的增大而减小。以上实验结果表明,我们搭建的集成化逆向SORS光谱分析装置可从深度达8 mm的生物模型下获取光谱信息,并证明了该装置在经皮无损探测方面的应用价值。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱 逆向空间偏移拉曼光谱 多层组织模型 深层光谱分析

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逆向空间偏移拉曼光谱技术应用于聚合物材料结构剖析

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作者 胡仪 钟航 +4 位作者 陈骏 刘新艾 邵涛 王雪峰 陈钧 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期213-214,共2页

空间偏移拉曼光谱技术[1](spatially offset Raman spectroscopy,SORS)的原理是基于激光照射位置与拉曼信号的收集位置偏移一定的距离。逆向空间偏移拉曼光谱技术[2](inverse spatially offset Raman spectroscopy,Inverse-SORS)是SORS... 空间偏移拉曼光谱技术[1](spatially offset Raman spectroscopy,SORS)的原理是基于激光照射位置与拉曼信号的收集位置偏移一定的距离。逆向空间偏移拉曼光谱技术[2](inverse spatially offset Raman spectroscopy,Inverse-SORS)是SORS技术的一种衍生变体。如Scheme 1所示是一套自搭建的Inverse-SORS系统,激光通过锥透镜形成环形光束照射到样品表面上,并在该环形光束的中心位置收集产生的拉曼信号,可通过移动锥透镜调节样品上环形光束的大小,从而改变空间偏移量(Δs)的大小。在本实验中,测试对象有样品Ⅰ:上层是厚度为0.50mm的PMMA,下层是厚度为0.30mm的PTFE,以及样品Ⅱ:上层是厚度为0.30mm的PTFE,下层是厚度为1.50mm的PMMA;采用波长为532nm的激光为激发光,其功率为50 mW,信号收集时间60s。对于样品Ⅰ的实验结果,从图1(a)中可看出,在偏移距离Δs为1.37mm时可获得几乎纯净的PTFE的拉曼光谱,图1(b)展示了I_(PTFE@731cm^(-1))/I_(PMMA@810cm^(-1))信号强度比值随Δs的变化曲线,反映出随Δs的增加,下层PTFE信号贡献占比增加的规律,但是Δs过大会因为光子迁移距离远而导致其信号强度降低。对于样品Ⅱ,从图1(c)可看出,在Δs为1.37mm时仍然出现明显的上层PTFE的信号,但是,I_(PMMA@810cm^(-1))/I_(PTFE@731cm^(-1))随Δs的增加逐渐增大[图1(d)],表明通过改变Δs,可以凸显出下层PMMA的结构特征。此实验表明了Inverse-SORS技术对聚合物材料纵向结构剖析的可行性。 展开更多

关键词 逆向空间偏移拉曼光谱 结构剖析 PMMA PTFE

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基于逆向空间偏移拉曼光谱分析技术的无损药物检测方法研究 被引量：6

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作者 张旭 王爽 +4 位作者 李洁 秦杰 王凯歌 白晋涛 贺庆丽 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1472-1476,共5页

发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害,更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。该研究工作,通过建立逆向空间偏移拉曼光谱(SORS)实验装置,克服了传统拉曼探测深度有限(约几百微米)的应用瓶颈,以无损、... 发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害,更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。该研究工作,通过建立逆向空间偏移拉曼光谱(SORS)实验装置,克服了传统拉曼探测深度有限(约几百微米)的应用瓶颈,以无损、非接触的方式,克服不/半透明容器光学背景对光谱测量结果产生的影响,实现多种空间偏移量(Δs)条件下,样品特征光谱信息检测与分析,为开发基于逆向SORS技术的新型药物检测方法奠定实验基础。实验装置搭建过程中,采用785 nm半导体激光器与WITec UHTS300型拉曼光谱仪构建逆向SORS光谱分析装置。通过使用准直光束照射锥透镜形成环形激发光斑,并控制锥透镜与样品之间的距离,实现Δs连续可控变化。利用所搭建的光谱检测装置,分别测量聚乙烯方瓶(厚度为1.5 mm)和聚四氟乙烯离心管(厚度为4 mm)内对乙酰氨基酚和甲硝唑的拉曼特征光谱。利用环形光束照射会抑制容器峰强度这一特点,选取容器拉曼特征峰作为标准峰,分别对点光斑(Spot)和环形(Ring)光斑测量结果进行归一化处理,并将其强度相减(Ring-Spot),得到逆向SORS光谱测量结果。实验结果表明,逆向SORS光谱检测方法能够克服表层容器光学背景对测量结果产生的干扰性因素,真实反映不/半透明容器内样品的分子指纹光谱信息。在实验测量范围内,当环形光束半径增大1倍时,聚乙烯方瓶内对乙酰氨基酚拉曼特征峰强度增大6倍,而聚四氟乙烯离心管内的甲硝唑各特征峰强度增强1倍。以上实验结果表明,逆向SORS技术能够准确检测不/半透明容器内,或有漫散射介质覆盖的样品深层化学成分的指纹光谱。通过提高系统信噪比并优化系统结构与功能,在建立小型化、集成化检测系统的条件下,逆向SORS技术可与现有的多种药物检测技术相互补充,发展成一种快捷、准确、操作简便的新型药物检测手段。 展开更多

关键词 逆向空间偏移拉曼光谱技术 药品检测 不/半透明容器 深层成分

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空间偏移拉曼光谱分析技术及其在食品次表层检测中的应用 被引量：2

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作者 刘振方 黄敏 +2 位作者 朱启兵 赵鑫 闫胜琪 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1201-1208,共8页

空间偏移拉曼光谱(SORS)是一种应用于浑浊/分层介质深层无损检测的新型拉曼光谱分析技术。分层物质不同深度的拉曼信号随传输距离增加对探测器的贡献产生规律性变化,SORS技术通过采集偏移激光入射点不同距离的拉曼光谱,结合最佳偏移距... 空间偏移拉曼光谱(SORS)是一种应用于浑浊/分层介质深层无损检测的新型拉曼光谱分析技术。分层物质不同深度的拉曼信号随传输距离增加对探测器的贡献产生规律性变化,SORS技术通过采集偏移激光入射点不同距离的拉曼光谱,结合最佳偏移距离信号增强、次表层谱峰识别、次表层信号分离等方法降低表层的干扰,获取纯净的次表层物质拉曼信号,然后借助拉曼的分子特异性实现无损的次表层物质定性和定量检测。介绍了空间偏移拉曼光谱技术的基本概念及测量技术,详细阐述了空间偏移拉曼光谱数据的分析方法及该技术在食品次表层检测中的应用,讨论了空间偏移拉曼光谱技术的限制条件并展望了该领域的未来发展。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱 次表层无损检测 食品品质检测 信号识别 信号分离

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空间偏移拉曼光谱技术的发展及应用 被引量：11

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作者 朱婷 刘洋 +2 位作者 吴军 王恩亮 薛峰 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期997-1004,共8页

传统拉曼光谱只能探测样品的表层信息,或者只能穿透透明的表层探测样品内部,对多层不透明或不透明包装的样品检测则不适用了,比如搜索隐蔽的爆炸物、识别有包装的假药、无损检测骨骼疾病等。空间偏移拉曼光谱(SORS)技术是一种新型光谱... 传统拉曼光谱只能探测样品的表层信息,或者只能穿透透明的表层探测样品内部,对多层不透明或不透明包装的样品检测则不适用了,比如搜索隐蔽的爆炸物、识别有包装的假药、无损检测骨骼疾病等。空间偏移拉曼光谱(SORS)技术是一种新型光谱检测技术,能够非侵入不透明包装或表层直接获得样品内部深层特征信息,这一技术的出现解决了上述的难题。首先详细介绍了SORS技术的工作原理:其根本原理在于光子迁移理论,其系统激光光源的入射焦点与光谱系统中收集透镜的焦点在待测样品表层空间上偏移一定的距离ΔS。当激光入射到待测样品表层时,表层样品被激发或散射出宽带荧光,其中有一部分散射光将到达样品内部,样品内部深层处产生的拉曼散射光子相比于样品表层的光子在散射过程中更易于横向迁移,经多次散射后返回样品表层被光谱仪器接收系统收集。到达样品内部不同深度ΔH的散射光返回表层后的位置距离激光光源入射点在样品表层上有不同的偏移距离ΔS。当空间偏移距离ΔS=0时,激光光源入射点与拉曼光谱收集点重合,此处激发的光子密度最大,系统收集到的拉曼光谱信号大部分来自样品表层,样品深层拉曼信号被淹没;当空间偏移距离ΔS≠0时,光谱仪器收集到的拉曼光谱信号中来自表层的信号衰减很快,来自样品深层的信号衰减较慢,使得更深层的拉曼散射光子比重变大,从而实现光谱分离,再结合多元数据分析方法可以获得样品内部不同深层次的拉曼光谱,即空间偏移拉曼光谱。该技术具有很好抑制表层物质拉曼光谱和荧光光谱干扰的能力,特别适用于隐蔽在不透明包装材料下的物质拉曼光谱的提取,从而快速、非侵入地对目标物成分进行鉴定。其次介绍了SORS技术的特点。SORS技术是拉曼光谱的衍生技术,具备拉曼光谱技术的制样简单、水分干扰小、样品消耗量小、灵敏度高等全部优点,除此之外,有效抑制荧光、深层检测、非侵入无损检测、远距离检测等特点,这些特点有效提高了拉曼光谱强度,降低用户的检测和生产成本以及提高检测人员的人身安全。同时概述并对比了SORS技术现有的三种工作方式:标准SORS、逆SORS和倾斜SORS。标准SORS技术可进行远距离非接触测量,逆SORS较之标准SORS具有更高的灵敏度和抗光谱扭曲的潜力,而且入射的有效光照面和空间偏移距离ΔS是可控的,避免了样品过热;倾斜SORS具有较高的检测灵敏度,而且实验装置容易实现。然后在大量调研文献的基础上综述了近些年来SORS技术结合其他技术在化工生产、安检、生物医学、考古艺术、食品安全、稽查打假以及国防安全等多个领域的国内外发展和应用。最后指出了SORS技术目前存在的问题并展望了该技术未来的发展前景。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱 深层检测 非侵入检测 化工医疗

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空间偏移拉曼光谱技术及数据处理方法研究 被引量：3

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作者 李扬裕 马建光 +3 位作者 李大成 崔方晓 王安静 吴军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期71-74,共4页

传统拉曼光谱分析技术在对容器内未知样品进行检测时极易受到容器壁的荧光和拉曼散射干扰,其商业应用往往仅限于透明塑料或玻璃包装的情况。由于光子在介质内部的迁移方向具有随机性,与表层相比内部深层处产生的拉曼散射光子在扩散过程... 传统拉曼光谱分析技术在对容器内未知样品进行检测时极易受到容器壁的荧光和拉曼散射干扰,其商业应用往往仅限于透明塑料或玻璃包装的情况。由于光子在介质内部的迁移方向具有随机性,与表层相比内部深层处产生的拉曼散射光子在扩散过程中更易于横向迁移,因此偏离激光入射点不同距离的拉曼光谱包含了不同深度层的拉曼光谱信息。空间偏移拉曼光谱技术通过将拉曼光收集点偏离激光入射点,能够抑制容器壁的荧光和拉曼散射干扰,从而实现对有色、不透明包装内样品的有效检测。通过设计搭建了空间偏移拉曼光谱实验装置,实现-1.0~10.0 mm偏移距离的可调节。使用青色、不透明的1 mm厚PMMA平板来模拟容器壁,使用碳酸钙(CaCO3)粉末作为内部待测样品。分别采用传统方式(零偏移)和空间偏移方式对容器内样品进行测量。对采集的原始光谱首先进行平均和7阶多项式拟合去除基线(荧光),然后以3个最大特征峰的平均值作为光谱强度的评价指标,对空间偏移拉曼光谱信号随偏移距离的变化规律进行分析,发现:随着空间偏移距离的增大,容器壁的拉曼散射强度快速下降,而内部样品的拉曼散射强度先上升后缓慢下降;对于均匀厚度、各向同性的样品,变化趋势关于零偏移两侧对称,此外光束的斜入射会引起轻微的不对称;在某个偏移距离处样品与容器壁的光谱强度比值达到最大值,存在最优探测偏移距离,对于此次样品其最优偏移距离为1.2 mm。在容器和样品材质未知的情况下,采用比例相减的方法仍可以得到各层干净的拉曼光谱,通过对零偏移和最优偏移处的光谱进行计算,分别得到容器壁和内部样品干净的拉曼光谱,实现对内部样品的有效检测。研究结果在一定程度上证明了空间偏移拉曼光谱技术在不透明、有色容器内样品的检测方面的潜力,为进一步研究空间偏移拉曼光谱技术及数据处理方法提供基础。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱技术 穿透容器检测 光谱解混 无损检测

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空间偏移拉曼光谱信号探测及增强技术 被引量：2

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作者 刘秋实 张晓华 +1 位作者 赵保真 李雨尘 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期214-219,共6页

空间偏移拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有无损、快速检测不/半透明介质覆盖下隐藏的内层成分的拉曼光谱的优势。文章开展了空间偏移激光拉曼光谱信号探测及增强技术研究,实现了NaNO_3、Na_2SO_4等多种隐藏成分的探测,并基... 空间偏移拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有无损、快速检测不/半透明介质覆盖下隐藏的内层成分的拉曼光谱的优势。文章开展了空间偏移激光拉曼光谱信号探测及增强技术研究,实现了NaNO_3、Na_2SO_4等多种隐藏成分的探测,并基于该技术现存探测信号微弱有待提高的问题,进行了探测系统的建立及优化,针对信号相对强度随偏移距离、探测深度等重要参数的变化关系进行了分析研究,有效增强了探测信号强度比,为其后续在安检、医疗、生物、考古等方面的应用研究打下基础。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱技术 拉曼光谱 漫散射 无损检测

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空间偏移拉曼光谱技术应用于材料的深层探测分析

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作者 胡仪 任永甜 +1 位作者 陈骏 陈钧 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期111-112,共2页

空间偏移拉曼光谱技术[1-3](spatially offset Raman spectroscopy,SORS)使得在收集样品深层拉曼信号的同时能有效地消除表层物质信号影响成为可能。本工作采用自搭建的Inverse-SORS系统(见Scheme 1)对多种材料体系进行了结构表征,主要... 空间偏移拉曼光谱技术[1-3](spatially offset Raman spectroscopy,SORS)使得在收集样品深层拉曼信号的同时能有效地消除表层物质信号影响成为可能。本工作采用自搭建的Inverse-SORS系统(见Scheme 1)对多种材料体系进行了结构表征,主要研究了空间偏移拉曼光谱随空间偏移量的变化。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱技术 深层分析 对乙酰氨基酚 PMMA PTFE

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用于远程探测的空间外差拉曼光谱技术研究 被引量：10

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作者 胡广骁 熊伟 +4 位作者 罗海燕 施海亮 李志伟 沈静 方雪静 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3951-3957,共7页

空间外差拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有光通量大、高分辨率、无移动部件等技术优势,非常适用于行星探测任务中,对行星表面的矿物及有机物进行分析,探寻可能存在的生命标志物。作者将这一技术运用于远程拉曼光谱探测中,... 空间外差拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有光通量大、高分辨率、无移动部件等技术优势,非常适用于行星探测任务中,对行星表面的矿物及有机物进行分析,探寻可能存在的生命标志物。作者将这一技术运用于远程拉曼光谱探测中,对远程空间外差拉曼光谱仪的光谱分辨率、光谱范围及信噪比等主要特性进行了分析与实验验证。文章对远程空间外差拉曼光谱探测的基本原理进行了简述,设计搭建了一套实验平台,并进行了定标,验证了其性能参数。在此基础上,获取了10m处部分无机固体样品、有机样品及天然矿物的拉曼散射信号,对系统信噪比进行了估计。由于装调精度不高、光学器件缺陷等原因,系统远非理想。但测试结果表明,对于大部分样品的主要拉曼散射峰,系统信噪比优于5,基本可以满足清楚分辨典型拉曼谱峰的要求,依然可以证明这一技术的可行性。空间外差拉曼光谱技术可以弥补色散型光栅光谱仪与傅里叶变换型光栅光谱仪的主要技术缺陷,在行星表面物质探测与分析领域具有较大的应用前景。作者对于这一技术的研究一定程度上证明了空间外差拉曼光谱技术在远程探测方面的潜力,可为远程空间外差拉曼光谱仪的工程实现提供参考。 展开更多

关键词 空间外差拉曼光谱技术 远程探测 高光谱 干涉 傅里叶变换

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探测非透明介质下深层成分的拉曼光谱技术研究 被引量：1

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作者 张晓华 张骥 +6 位作者 张海峰 路建新 孙书营 王雷剑 徐永生 王晓洁 汤秀章 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期518-522,共5页

本文分别采用传统拉曼光谱装置及空间偏移拉曼光谱装置,对不/半透明塑料瓶装的NaNO3粉末进行了测量和对比,并对空间偏移拉曼光谱技术对非透明塑料瓶装介质进行有效探测的作用机理进行了分析。空间偏移拉曼光谱技术突破了传统拉曼光谱测... 本文分别采用传统拉曼光谱装置及空间偏移拉曼光谱装置,对不/半透明塑料瓶装的NaNO3粉末进行了测量和对比,并对空间偏移拉曼光谱技术对非透明塑料瓶装介质进行有效探测的作用机理进行了分析。空间偏移拉曼光谱技术突破了传统拉曼光谱测量技术的瓶颈(探测深度小,不能对非透明介质覆盖下的深层成分进行探测),实现了对非透明介质(不/半透明塑料瓶)中物质成分(NaNO3)的测量和识别。 展开更多

关键词 空间偏移拉曼光谱 不 半透明塑料瓶 深层成分 漫散射

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空间外差拉曼光谱仪成像镜头光机热集成分析 被引量：5

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作者 张纪承 罗海燕 +3 位作者 胡广骁 李志伟 方雪静 熊伟 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期332-338,共7页

便携式空间外差拉曼光谱仪集成了光学功能镜头、干涉仪组件,以及探测器和激光器等热辐射器件,因此仪器在使用过程中存在着较为复杂的热环境,环境温度变化导致光学系统性能下降。采用光机热集成分析方法,重点研究了环境温度及热辐射器件... 便携式空间外差拉曼光谱仪集成了光学功能镜头、干涉仪组件,以及探测器和激光器等热辐射器件,因此仪器在使用过程中存在着较为复杂的热环境,环境温度变化导致光学系统性能下降。采用光机热集成分析方法,重点研究了环境温度及热辐射器件对关键器件成像镜头的性能影响。在便携式空间外差拉曼光谱仪光学和结构方案设计的基础上,建立热-结构耦合模型;仿真得到成像功能镜头内镜片的间距和面形的变化,并利用Zernike多项式拟合其变化;将拟合结果代入光学设计软件中进行成像质量评估和分析。结果表明,在使用环境温度(-10℃~40℃)范围内,调制传递函数在光谱仪截止频率76.9lp/mm处对比度均优于0.38,满足便携式空间外差拉曼光谱仪的使用要求。 展开更多

关键词 空间外差光谱技术 拉曼光谱仪 光机热集成分析 成像镜头

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绿色木霉纤维素酶分子内氢键特征的研究 被引量：7

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作者 余多慰 袁生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期544-547,共4页

运用能够揭示蛋白质分子基团振动特征的激光拉曼光谱分析技术,对绿色木霉纤维素酶中的CBHⅡ在固态以及两种pH值的液态中酶分子内的氢键状态进行了分析。结果表明相对于纤维素酶固体干粉,液态中酶分子酰胺Ⅰ羰基氧原子作为氢键质子受体... 运用能够揭示蛋白质分子基团振动特征的激光拉曼光谱分析技术,对绿色木霉纤维素酶中的CBHⅡ在固态以及两种pH值的液态中酶分子内的氢键状态进行了分析。结果表明相对于纤维素酶固体干粉,液态中酶分子酰胺Ⅰ羰基氧原子作为氢键质子受体的能力为上升;酰胺Ⅱ与酰胺Ⅰ的β结构特征峰变化倾向相似。在3种样品中,酶蛋白中Trp均为强氢键供体,从成键能力方面证实了以往同类酶空间分析的结果。固体与pH 6 0水溶液酶蛋白中酪氨酸酚羟基成键能力也是强的。根据游离巯基分析可以判断绿色木霉CBHⅡ的成熟肽CBD与瑞氏木霉CBHⅡ的CBD有相似的二硫键构成。 展开更多

关键词 纤维素酶 绿色木霉 分子内氢键 光谱分析技术 成键能力 激光拉曼 振动特征 分子基团 质子受体 空间分析 瑞氏木霉 酶蛋白 CBD 蛋白质 pH值 氧原子 酰胺 酶分子 特征峰 β结构 Trp 酚羟基 酪氨酸 水溶液 二硫键 成熟肽 液态

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