一般情况下(德鲁德方程),旋光信号强度随着所用光源波长的减小而增加。如果用于测量旋光的波长离强吸收带很近,则由强吸收带引起的科顿效应可以显著影响信号强度,甚至影响观察到的旋光极性。在追求信号强度和避免科顿效应二者间平衡,建议选取400-460nm间波长光源。而“蓝色”LED发出的光平均波长为430nm,位于该范围的中心,可作为旋光检测器的好选择。


旋光检测器可以使用任何光源,例如激光、灯(白炽灯或电离灯)或LED。


在商品化仪器中,如果选择激光器,可能会存在准直问题,另外开口处的双折射效应,以及沿流动池向下的定向问题,都会产生不良效果。而灯功率容易波动,噪音较高。LED是旋光检测器的理想光源。由于LED产生一些(小)频率带宽,光通过流动池窗口边缘产生的双折射效应或其与流通池壁表面接触产生的消光效应都不是问题。此外,来自LED的光的功率输出稳定。LED还具有坚固耐用、经久耐用的优点。

以R-(-)樟脑醌和(+)甲基睾酮为例来说明德鲁德方程和科顿效应产生的偏差。


下图为四组不同波长下这两个样品的色谱图,它们沿x轴排列,波长近似呈线性。


除波长外的其它设置是相同的(基线变化因波长而异)。请注意,测量在Chiralyser旋光检测器上进行,它使用法拉第补偿方案;因此信号强度与光振幅无关(因此可以使用不同的光源进行演示)。


从色谱图中可以看出,三个较高波长(即430、520和589 nm)数据符合平坦曲线趋势,而低波长370nm处的色谱图显示出与常规曲线的偏差:(+)甲基睾酮的色谱图信号强度减弱;而R-(-)樟脑醌的色谱图显示出更大的畸变:极性明显反转。


有少量未知样品可能表现出这种极端的科顿效应行为。此外,事实上有研究认为光源波长应该远离强吸收带,并建议波长范围选择在400-460 nm之间,用以在科顿效应风险和增加信号强度间寻求平衡。

光通过某些物质,偏振面发生了旋转,这个现象称为旋光现象。这些物质所具有的这种性质成为旋光效应或旋光性。旋光现象最早由阿喇果(Arago)于1811年在研究石英晶体的双折射特性时发现,一束线性偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时,其振动平面会相对原方向转过一个角度,这就是晶体中的旋光现象。对着光源观察,使光振动面顺时针旋转的是右旋物质,使光振动面逆时针旋转的是左旋物质。利用人工方法也可以产生旋光性,其中最重要的就是磁致旋光,是法拉第于1845年发现,也称为法拉第旋光。


光学活性物质旋转偏振光平面的能力除了与该物质结构有关之外,还与温度、光源波长、溶液浓度、光程等有关。光学活性分子的旋转强度与用于测量的光源波长之间的依赖关系用“旋光色散(optical rotation dispersion)”或“ORD”来描述。这种性质对每个手性分子都是特定的,并且强度不同。然而,一般来说,在所谓的平坦曲线(Plain Curve)中,对于较短波长的光,它表现出更大的旋转强度。平坦曲线是德鲁德方程的图解,它描述了ORD在没有生色团或远离吸收带的情况下的一般行为。


                德鲁德方程:[a]λ = ∑ Ai/(λ2-λi)                   (Ai:恒定分子特性;λi:恒定波长)


在强吸收带内或附近,平坦曲线可能会变得异常,不再符合德鲁德方程。这些异常区域显示科顿效应(又称卡腾效应,Cotton Effect),在极端情况下会导致被测物质的极性发生明显变化。这是由于科顿效应分正、负两种,当生色团的跃迁电偶极矩与磁偶极矩方向相同,即跃迁时电荷沿右手螺旋途径运动时,出现正的科顿效应,反之则出现负的科顿效应。


这两种情况——波长对信号强度影响的预测(即德鲁德方程的平坦曲线)和科顿效应引起的与平曲线的偏差——都由下图中的蓝色和红色曲线表示。

DWS RheoLab扩散波谱仪安装用户须知

3D LS三维激光光散射仪安装用户须知

介绍

DWS RheoLab扩散波谱仪安装用户须知

3D LS三维激光光散射仪安装用户须知

基础理论

DWS RheoLab扩散波谱仪安装用户须知

3D LS三维激光光散射仪安装用户须知

介绍

旋光 Optical Rotation