拉曼牛奶蛋白质含量检测.docx
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拉曼牛奶蛋白质含量检测.docx
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拉曼牛奶蛋白质含量检测
郑州轻工业学院
课程设计说明书
题目:
基于拉曼散射的牛奶蛋白质含量检测
******
院(系):
技术物理系
专业班级:
电子科学与技术
学号:
************
*******
成绩:
时间:
2013年06月03日至2013年06月17日
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目基于拉曼散射的牛奶蛋白质含量检测专业、班级电子科技10-01学号************姓名李万勤
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
蛋白质是生物的重要组成部分,在人类发现蛋白质后一直没有停下过研究得脚步。
蛋白质是生命的物质基础。
没有蛋白质就没有生命。
因此,它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。
机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。
蛋白质是构成生物体细胞组织的重要成分。
食物中的蛋白质是人体中氮的惟一来源,具有糖类和脂肪不可替代的作用。
基本要求:
了解蛋白质检测现有方法;学会整理文献,总结方法;熟悉论文的写作格式。
主要参考资料:
[1]宗留香.半微量凯氏定氮法测定蛋白质工艺的改进[J].食品工业科技,2007,5:
232-234.
[2]瞿鹏.、孔晓朵、蛋白质测定的研究进展[J].商丘师范学院学报,2002,18
(2):
107-110.
[3]黄梅兰、苏艳华、林会松凯氏定氮法消化装置的改进[期刊论文]-中国卫生检验杂志2001(06)
完成期限:
2013-6-30
指导教师签名:
课程负责人签名:
杨红军
年月日
1.绪论
1.1项目研究的背景及意义
在糖类、脂类、蛋白质和核酸四大类生物大分子中,蛋白质是一类最重要的
生物大分子,在生物体内占有特殊地位。
蛋白质是生物的重要组成部分,在人类发现蛋白质后一直没有停下过研究得脚步。
蛋白质是生命的物质基础。
没有蛋白质就没有生命。
因此,它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。
机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。
蛋白质是构成生物体细胞组织的重要成分。
食物中的蛋白质是人体中氮的惟一来源,具有糖类和脂肪不可替代的作用。
蛋白质与营养代谢、细胞结构、酶、激素、病毒、免疫、物质运转和遗传等密切相关,其分离与定性、定量分析是生物化学和其他生物学科、食品检验、临床检验、诊断疾病、生物药物分离提纯和质量检验中最重要的工作。
2008年毒奶粉事件再次敲响了食品安全的警钟,不法分子为了提高掺水牛奶中蛋白质的含量,添加工业原料三聚氰胺,由于我国现行标准GB/T5009.5-2003食品中蛋白质的测定》中的2种方法“凯氏定氮法”和杜马斯(Dumas)燃烧法只能测出含氮量,然后根据氮元素与蛋白质换算系数计算蛋白质的含量,但并不能区分牛奶硝化后氮的来源,如果添加违规化学物质,就可以测出较高的“蛋白质含量”。
三聚氰胺并非惟一的替代添加物,只要含氮量大于牛奶中蛋白质的化学物质,且性状和价格具备条件,在理论上都存在被不法分子利用的可能性。
随着分析手段的不断进步,对食品中蛋白质含量的测定方法也正向准确和快速的方向发展。
在实验室提取蛋白质的过程中,目标蛋白质的来源是广泛的,而不同的样品中目标蛋白质的含量是不同的,为了得到更多的目标蛋白,就需要了解样品中蛋白质的含量。
在实际的生活中也需要运用蛋白质含量的测定,例如牛奶、奶粉中蛋白质含量。
1.2目前蛋白质检测方法概述
目前常用的蛋白质检测方法有:
传统方法、凯式定氮法、福林-酚法、考马斯亮蓝法、紫外法、双缩脲法等,不同的方法有不同的优缺点。
牛奶蛋白质的测定方法主要为国标凯氏定氮法,它是有机化合物含氮量测定最常有的方法,是蛋白质测定的经典方法,适用样品广泛,测定结果准确,重现性好,但试剂消耗量大,检测时间长,消化约6~8h,且消化后样品需定容,定容时容量瓶未摇匀,很容易出现结晶现象,费时费力。
基于拉曼散射的检测方法,拉曼光谱在生物大分子中主要应用方向是鉴别蛋白质及其组分的差异。
通过分析蛋白质拉曼谱图的峰强信息以及特征峰位置,不但可以得到蛋白质分子的结构、肽链的骨架振动,而且可以获得侧链微环境的化学信息以及蛋白质受外界环境的影响信息。
TakeuchiHideo通过对模型物质的光谱特性分析,提出色氨酸和组氨酸侧链的新拉曼结构标记,对研究色氨酸残基构型、氢键以及研究组氨酸质子化、互变异构等提供了依据。
1.3本文的主要工作
牛奶中蛋白质的检测是一项工艺和设备要去都很高的实验,由于实验和资金有限,本文仅对现有的检测方法做出总结,并对各个方法分别阐述,指出其优缺点,并重点对基于增强拉曼散射的检测方法进行了详细的介绍。
本文的主要安排如下:
第一章绪论,对项目研究的背景和意义做出了简要的概述,对现有方法简单的进行了总结和介绍,并将本文的内容做出了安排。
第二章蛋白质简介,研究一个项目必须想搞清楚研究的对象,这是最基础的一步,也是最重要的一步。
在这个章节中,对蛋白质进行了详细的介绍,不仅包括蛋白质的结构、性能,还有何其相关的一些化学反应等等。
第三章现有方法总结。
本章中对不同的方法进行了较为全面的总结,对于基于增强拉曼散射的检测方法会在第四章中进行详细介绍。
第四章基于增强拉曼散射的检测方法。
最后对文章中存在的问题和下一步研究的方向做出了简要的概括。
2.蛋白质研究简介
蛋白质是维系生物体正常生命活动的关键成分,阐明其正常结构具有重要化学意义。
2.1蛋白质结构简介
蛋白质是由一条或多条具有特定氨基酸序列的多肽链构成的大分子。
自然界中存在成千上万种蛋白质,在结构和功能上的惊人的多样性归因于20种常见氨基酸的内在性质(聚合、酸碱性质、手性及侧链结构和化学功能的多样性)及其排列顺序。
每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构,在不同组成层次上常被表示为一级结构(多肽链氨基酸序列)、二级结构(多肽链借助氢键排列成特有的α螺旋或β折叠片段)、三级结构(多肽链借助各种非共价键弯曲,折叠成具有特定走向的紧密球状构象)及四级结构(寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系和结合方式)。
如图一所示:
许多蛋白质仅由氨基酸组成不含其他化学成分,被称为单纯蛋白质(simpleprotein),如清蛋白、球蛋白等;另一部分蛋白质含有除氨基酸外的其他化学成分(如糖链、血红素、核黄素等)作为其结构的一部分,这样的蛋白质称为缀合蛋白质(conjugatedprotein),如糖蛋白、血红素蛋白等。
有些蛋白质仅由一条多肽链构成,被称为单体蛋白质;由两条或多条多肽链构成的蛋白质称为寡聚或多聚蛋白质。
蛋白质是生物功能的载体,氨基酸序列的异构现象是蛋白质生物功能多样性的结构基础,其主要生物学功能有催化(催化剂酶)、调节(调节其他蛋白质执行其生理功能的能力)、转运(从一个地方到另一个地方转运特定物质)、贮存(为生物体发育生长提供C、H、O、N等)、结构成分(建造和维持生物体)、运动、防御等。
2.2蛋白质组学
蛋白质组(proteome)的概念是由学者Wilkins于1994年提出的指的是一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质。
一个生命体在其整个生命周期中所拥有的蛋白质的全体,或者在更小的规模上,特定类型的细胞在经历特定类型刺激时所拥有的蛋白质的全体,分别被称为这个生命体或细胞类型的蛋白质组。
蛋白质组学(proteomics),是对蛋白质特别是其结构和功能的大规模研究。
蛋白质组学旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式,其内容包括鉴定蛋白质的表达、存在的方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用等。
蛋白质组学不同于传统的蛋白质学科之处在于它的研究是在生物体或其细胞的整体蛋白质水平上进行的,它是从蛋白质整体活动的角度来解释和阐明生命活动的基本规律。
随着大量DNA序列数据的不断涌现,人们意识到仅仅靠基因组的序列来试图阐明生命现象是远远不够的。
蛋白质本身的存在形式和活动规律,必须要依赖于对蛋白质组学的研究来解决。
蛋白质组学使我们从总体角度,在分子水平上来研究和把握生命现象,这对于理解生命现象的本质,对于生命科学的每一个分支都将起到强有力的推动作用。
任何一种疾病在表现出可察觉的症状之前,就已经有一些蛋白质发生了某种变化。
因此寻找各种疾病的关键蛋白和标志蛋白,对于疾病的诊断、病理的研究和药物的筛选都具有重要意义。
蛋白质组研究可分为两个方面:
一方面是对蛋白质表达模式(或蛋白质组组成)的研究;另一方面是对蛋白质组功能模式(目前主要集中在蛋白质相互作用网络关系)的研究(图1.2)。
2.3蛋白质组成研究
蛋白质组成研究主要有蛋白质的分离和鉴定两个方面。
蛋白质的分离一般采用双向凝胶电泳(two-dimensionalelectrophoresis,2-DE)技术。
将蛋白质分离后,接下来的面临的问题就是如何鉴定成千上万的蛋白质点。
蛋白质鉴定是蛋白质组技术的支柱部分,蛋白质鉴定的方法有氨基酸序列分析、氨基酸组成分析、肽质量指纹图分析、蛋白质构象研究等。
以下重点介绍与质谱相关的蛋白质鉴定技术.
2.3.1肽质量指纹图分析(peptidemassfingerprint)
通常用胰酶对由2-DE分离的蛋白质在胶上或在膜上于精氨酸或赖氨酸的C-末端处进行断裂,断裂所产生的精确的分子量通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(matrix-assistedlaserdesorption/ionizationtimeofflightmassspectrometry,MALDI-TOF-MS)来测量(图1.3),这一技术能够完成的肽质量可精确到0.1个分子量单位。
所有的肽质量最后与数据库中理论肽质量相配比,配比的结果是按照数据库中肽片段与未知蛋白共有的肽片段数目作一排行榜,“冠军”肽片段可能代表一个未知蛋白。
2.3.2肽片段(peptidefragment)部分测序
目前有了一系列的质谱方法用来鉴定肽片段。
例如,用酶或化学方法从N-或C-末端按顺序除去氨基酸,形成梯形肽片段(ladderpeptide),所得一定数目的肽质量由MALDI-TOF-MS测量或者,在质谱仪内应用源后衰变(post-sourcedecay)和碰撞诱导解离(collision-induceddissociation),目的是产生包含仅异于一个氨基酸残基质量的一系列肽峰的质谱。
因此,允许推断肽片段序列。
质谱法是目前被普遍使用的蛋白质鉴定手段,具有灵敏度高以及可以提供样品分子的相对分子质量和丰富的结构信息的优点。
此外,研究蛋白质构象的方法主要有X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)法、紫外差光谱、荧光偏振、核磁共振(NMR)等。
XRD和NMR是能够在原子水平上揭示蛋白质三维结构仅有的两种技术。
2.4蛋白质功能研究
功能模式主要研究蛋白质的细胞定位和活性、蛋白质之间相互作用的连锁关系及其由此实现的信号传递与调控作用,揭示基因和蛋白质的功能,阐明相关疾病的分子机制。
主要研究方法有免疫共沉淀、酵母双杂交技术、串联亲和纯化技术、表面等离子体共振技术、构建相互作用模型法、蛋白质芯片等。
这些方法各有所长,多种研究方法联合起来将有希望揭示蛋白质相互作用的实质。
以下主要介绍四种蛋白质相互作用的研究方法。
2.4.1免疫共沉淀(coimmunoprecipitation)
免疫共沉淀法所研究的相互作用蛋白均是天然蛋白,可以确定生理条件下蛋白质间的相互作用。
它是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法,也是确定两种蛋白质在完整细胞内生理性相互作用的有效方法。
非变性裂解完整细胞时,胞内许多蛋白质间的结合状态可以保持下来。
如果某抗原(antigen)用其抗体免疫沉淀,则在细胞内与该抗原稳定结合的蛋白质抗原整合蛋白(proteininteractingwithantigen)也能沉淀下来。
该整合蛋白的沉淀是基于与抗原的物理性相互作用,所以被称为免疫共沉淀(图1.4)该技术在实际应用中常用融合表达的带有蛋白标签的特异性抗体与目标蛋白质形成蛋白复合物沉淀,再通过对蛋白标签具有特异吸附作用的亲和色谱柱将蛋白复合物分离纯化出来,进而用质谱等技术鉴定分离的蛋白质。
2.4.2酵母双杂交体系(Theyeasttwohybridsystem)
细胞起始基因转录需要有反式转录激活因子的参与。
转录激活因子往往由两个或两个以上相互独立的结构域构成,其中DNA结合域(DNAbindingdomain,DB)和转录激活结构域(activationdomain,AD)是转录激活因子发挥功能所必需的。
单独的DB虽然能和启动子结合,但是不能激活转录。
而不同转录激活因子的DB和AD形成的杂合蛋白仍然具有正常的激活转录的功能。
DB和AD分别能与多肽X和Y结合形成的融合蛋白。
如果在X和Y之间存在相互作用,那么分别位于这两个融合蛋白上的DB和AD就能形成有活性的转录激活因子,从而激活相应基因的转录与表达。
这个被激活的基因称之为报道基因。
通过对报道基因表达产物的检测来判断两个蛋白质X和Y之间是否存在相互作用(图1.5)。
酵母双杂交技术是一种有效的真核活细胞内研究方法,在蛋白质相互作用研究方面得到了广泛的应用并取得了许多有价值的重要发现。
2.4.3表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance,SPR)
当P偏振光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时,渗透到金属薄膜内的消失波引发金属中的自由电子产生表面等离子体,当表面等离子体与消失波的频率相等时,二者将发生共振,界面处的全反射条件将被破坏,呈现衰减全反射现象,入射光被金属表面电子吸收,使反射光能量急剧下降。
当入射光波长恒定时,反射光强度是入射角的函数,其中反射光强度最低时所对应的入射角称为共振角。
SPR对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感,当表面介质的属性改变或者附着量改变时,共振角将不同。
因此,SPR谱(共振角的变化vs时间)能够反映与金属膜表面接触的体系的变化。
SPR技术可以在天然状态下反映生物分子间的相互作用,为实时动态获取生物分子相互作用信息,从而阐明生命现象的分子机理提供了有效的研究工具。
2.5待解决的问题
高分辨率、高灵敏度和高通量的检测技术是蛋白质组学迅速发展的保证。
综上所述,目前用于蛋白质结构和功能研究的技术主要存在的问题有以下两个方面。
2.5.1缺乏快速灵敏的直接鉴定蛋白质的方法
质谱法是常用的蛋白质鉴定方法,但是它有自身的缺点,如测定前需先将蛋白质酶解成多肽、只能通过肽质量指纹图间接鉴定蛋白质、对蛋白质样品上样量、纯度等要求高、数据库检索比较费时等;XRD方法能给出高分辨率的图像,但是需要样品必须是晶体状态,而晶体态的蛋白质对制备条件要求苛刻,不易获得。
NMR方法能够在溶液中研究蛋白质的结构,但是需要高浓度的样品。
2.5.2缺乏简便高效的蛋白质相互作用研究方法
免疫共沉淀法所研究的相互作用蛋白均是天然蛋白,可以确定生理条件下蛋白质间的相互作用。
但该方法需首先针对目标蛋白,制备出一定量的多克隆或单克隆抗体,操作过程复杂。
同时,对目的蛋白质的浓度有要求,只适用于研究具有高表达量的目标蛋白,所以应用范围有较大局限。
酵母双杂交技术常遇到的问题是假阳性较多而且转化效率偏低。
另外,由于其操作步骤复杂,耗时,耗试剂,限制了其在高通量检测领域的应用。
SPR的缺点是难以区分非特异性吸附,对温度、样品组成等干扰因素敏感。
目前蛋白质芯片技术主要利用荧光检测蛋白质与其配体间的相互用,由于来自荧光本身的局限,如发射谱宽,荧光猝灭等,限制了蛋白质芯片在多重和超灵敏检测方面的应用。
3.检测方法综述
3.1双缩脲法
双缩脲在碱性溶液中与硫酸铜反应生成紫红色化合物,称为双缩脲反应,蛋白质分子中含有许多肽键在碱性溶液中也能与Cu2+反应产生紫红色化合物。
在一定范围内,其颜色的深浅与蛋白质浓度成正比。
因此,可以利用比色法测定蛋白质浓度。
双缩脲法是测定蛋白质浓度的常用方法之一。
操作简便、迅速、受蛋白质种类性质的影响较小,但灵敏度较差,而且特异性不高。
除-CONH-有此反应外,-CONH2、-CH2NH2、-CS-NH2等基团也有此反应。
3.2考马斯亮蓝法
考马斯亮蓝法测定蛋白质浓度,是利用蛋白质与染料结合的原理定量测定微量蛋白浓度的方法。
这种蛋白质测定法快速、灵敏、优点突出,因而得到广泛的应用。
考马斯亮蓝法是目前灵敏度最高的蛋白质定量方法。
考马斯亮兰G-250染料,在酸性溶液中与蛋白质结合,使染料的最大吸收峰(ma)位置由465nm变为595nm,溶液颜色也由棕黑色变为兰色。
通过测定595nm处光吸收的增加量可知与其结合蛋白质的量。
研究发现,染料主要是与蛋白质中的碱性氨基酸(特别是精氨酸)和芳香族氨基酸残基结合。
考马斯亮蓝染色法的突出优点是:
1.灵敏度高,据估计比Lowry法约高四倍,其最低蛋白质检测量可达1mg。
这是因为蛋白质与染料结合后产生的颜色变化很大,蛋白质-染料复合物有更高的消光系数,因而光吸收值随蛋白质浓度的变化比Lowry法要大得多。
2.测定快速、简便,只需加一种试剂。
完成一个样品的测定,只需要5分钟左右。
由于染料与蛋白质结合的过程,大约只要2分钟即可完成,其颜色可以在1小时内保持稳定,且在5分钟至20分钟之间,颜色的稳定性最好。
因而完全不用像Lowry法那样费时和严格地控制时间。
3.干扰物质少。
如干扰Lowry法的K+、Na+、Mg2+离子、Tris缓冲液、糖和蔗糖、甘油、巯基乙醇、EDTA等均不干扰此测定法。
3.3福林-酚法
在碱性条件下蛋白质与铜作用生成蛋白质-铜复合物。
该复合物随后将磷钼酸-磷钨酸还原发生显色反应,产生蓝色(钨兰+钼兰)。
蓝色的强度在蛋白质浓度为25~250μg/mL之间时与蛋白质的含量成正比。
根据多组标准蛋白质溶液与福林-酚试剂反应后所测得的吸光度绘制标准曲线。
以此便可求出未知蛋白质溶液中的蛋白质含量。
Cu和Folin试剂联合测定蛋白质具有以下优点:
与纳氏(Nessler)试剂一样灵敏,而不需要消化;灵敏度为测定280nm处紫外吸收的10~20倍,特异性更强且对浊度干扰较不敏感;灵敏度为茚三酮反应的数倍且操作简便更适于小规模分析。
茚三酮反应中,游离氨基酸比蛋白质显更多色,而与Folin试剂正好相反;灵敏度为双缩脲反应的100倍。
Folin反应有两个主要的缺点:
显色量随蛋白质的不同有差异。
从这一方面看,Folin反应的稳定情况不如双缩脲反应,但高于测定280nm处的吸收;色与浓度并不呈严格地比例关系。
考虑到Cu-Folin反应的优点和缺点,这一反应的可能应用包括:
(1)酶分级分离等过程中蛋白质的测量;
(2)混合组织蛋白质的测量,尤其是不要求绝对值时;(3)绝对微量或高度稀释蛋白质的测量(如脊髓液)及与有色或其他含氮物质混合的蛋白质;(4)相似蛋白质样品的大量分析,如抗原-抗体沉淀物。
3.4紫外法
蛋白质分子中,酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸残基的苯环含有共轭双键,使蛋白质具有吸收紫外光的性质。
吸收高峰在280nm处,其吸光度(即光密度值)与蛋白质含量成正比。
此外,蛋白质溶液在238nm的光吸收值与肽键含量成正比。
利用一定波长下,蛋白质溶液的光吸收值与蛋白质浓度的正比关系,可以进行蛋白质含量的测定。
紫外吸收法简便、灵敏、快速,不消耗样品,测定后仍能回收使用。
低浓度的盐,例如生化制备中常用的(NH4)2SO4等和大多数缓冲液不干扰测定。
特别适用于柱层析洗脱液的快速连续检测,因为此时只需测定蛋白质浓度的变化,而不需知道其绝对值。
此法的特点是测定蛋白质含量的准确度较差,干扰物质多,在用标准曲线法测定蛋白质含量时,对那些与标准蛋白质中酪氨酸和色氨酸含量差异大的蛋白质,有一定的误差。
故该法适于用测定与标准蛋白质氨基酸组成相似的蛋白质。
若样品中含有嘌呤、嘧啶及核酸等吸收紫外光的物质,会出现较大的干扰。
核酸的干扰可以通过查校正表,再进行计算的方法,加以适当的校正。
但是因为不同的蛋白质和核酸的紫外吸收是不相同的,虽然经过校正,测定的结果还是存在一定的误差。
此外,进行紫外吸收法测定时,由于蛋白质吸收高峰常因pH的改变而有变化,因此要注意溶液的pH值,测定样品时的pH要与测定标准曲线的pH相一致。
3.5凯氏定氮法
目前蛋白质测定最常用的方法是凯氏定氮法。
凯氏定氮法是通过测出样品中的总含氮量再乘以相应的蛋白质系数而求出蛋白质的含量,此法的结果称为粗蛋白质含量。
由于样品中含有少量非蛋白质含氮化合物,如核酸、生物碱、含氮类脂、卟啉以及含氮色素等非蛋白质的含氮化合物,所以凯氏定氮不能分辨蛋白质与其他含氮化合物。
凯氏定氮法是测定总有机氮量较为准确、操作较为简单的方法之一,可用于所有动、植物食品的分析及各种加工食品的分析,可同时测定多个样品,故国内外应用较为普遍,是个经典分析方法。
至今仍被作为标准检验方法。
凯氏定氮法可分为全量法、微量法及经改进后的改良凯氏定氮法。
目前通常以硫酸铜作催化剂的常量、半微量、微量凯氏定氮法样品质量及试剂用量较少,且有一套微量凯氏定氮器,所以选用微量凯氏定氮法。
凯氏定氮仪是依据经典凯氏定氮方法设计的自动测定系统,根据蛋白质中氮的含量恒定的原理,通过测定样品中氮的含量从而计算蛋白质含量。
该仪器安装、操作简单;适用于粮油检测、饲料分析、植物养分测试、土肥检测、环保、医药、化工等行业的分析、教学及研究中主要用来检测粮食、食品、乳制品、饮料、饲料、土壤、水、药物、沉淀物和化学品等中的氨氮、蛋白质氮等含量,是操作人员的理想工具,同时利用定氮仪也可以测二氧化硫等物质,是实验室比较重要的理化分析仪器。
样品经加硫酸消化使蛋白质分解,其中氮素与硫酸化合成硫酸铵。
然后加碱蒸馏使氨游离,用硼酸液吸收后,再用盐酸或硫酸滴定根据盐酸消耗量,再乘以一定的数值即为蛋白含量。
化学反应式可用如下语句表示:
1.有机物中的铵根在强热和CuSO4,浓H2SO4作用下,硝化生成(NH4)2SO4
2.在凯氏定氮器中与碱作用,通过蒸馏释放出NH3,收集于H3BO3溶液中
3.用已知浓度的H2SO4(或HCl)标准溶液滴定,根据HCl消耗的量计算出氮的含量,然后乘以相应的换算因子,既得蛋白质的含量。
4.表面增强拉曼散射
4.1拉曼和共振拉曼散射
1928年,印度物理学家拉曼(ChandrasekharaV.Raman)在研究苯的光散射时发现,在散射光中除了有与入射光频率相同的谱线外,还有与入射光频率发生位移且强度极弱的谱线。
后者是新发现的,后来以发现者拉曼的名字命名为拉曼散射光,与之对应的光现象称为拉曼效应。
基于拉曼散射的发现,1930年拉曼先生获得了诺贝尔物理学奖。
光散射是自然界常见的现象。
当一束光照射到介质时,大部分的光被介质反射或透过介质,另一部分的光被介质向四面八方散射。
对于散射光而言,当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时,大部分光子只是发生方向改变的散射,而光的频率并没有变,这种现象称为瑞(Rayleigh)效应,瑞利散射属于弹性散射;另一极少部分散射光(大约有占总散射光10-6~10-8),不仅改变了传播方向,同时还改变了频率,这种频率变化了的散射称为拉曼(Raman)效应,拉曼散射属于非弹性散射。
在入射光ν0照射下,分子先由基态E0(或振动激发态E1)被激发至虚态(virtualstate),该能级介于基态和电子第一激发态之间,随即发出光子,分子能量回到振动激发态E1(或基态E0),光子失去(或得到)的能量与分子得到(或失去)的能
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