黄昏，波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强。
海水为什么是蓝的？
拉曼用光栅分析海水的颜色，发现海水光谱的最大值比天空光 谱的最大值更大。可见，海水的颜色只是部分由天空颜色引起 的。
又从光线散射与水分子相互作用入手，证明出水分子对光线的 散射使海水显出蓝色的机理，与大气分子散射太阳光而使天空 呈现蓝色的机理完全相同。
➢ X射线衍射
1. X射线衍射是入射线在晶体中所经过所有路程上的所有原子散射波干涉的结果 2. X射线衍射只有满足布拉格定律的角度产生衍射。
布拉格公式
2d sin n
d为晶面间距 n为衍射级数 θ为掠射角（x光与晶面之间的夹角）
✓ 产生衍射的条件： 一组晶面只能在有限的几个方向发生衍射
布拉格公式的运用：
扰很大。 ✓ 拉曼光谱仪器的设计，必须能排除瑞利散射光，
具有高灵敏度（体现在弱信号检测的高信噪比）， 才能有效地收集拉曼光谱。
拉曼光谱仪
Application
表面增强拉曼（SERS）效应
指当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时， 它们的拉曼谱线强度会得到极大的增强， 这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为SERS效应， 将检测提升至单分子水平。
非弹性光散射
拉曼散射 测量较大的频率位移
粒子的布朗运动
液体分子碰撞粒子造成 粒子越大，布朗运动越慢 粒子越小，布朗运动越快
光被粒子散射
一定角度下可以检测到光信号，所检测到 的信号是多个散射光子叠加后平均光强
散射光强的波动
小颗粒：High frequency
大颗粒：Low frequency
相关曲线
小 沟 结 合
嵌 入 结 合
宇宙中的对称
• 在自然界的各个方面，尤其是物理和化学中，都广泛存在着 许多对称的概念：物质与反物质、磁场的南极与北极
• 科学家们不禁感到疑惑： 这是否在提示我们在宇宙中存在着一种奇特的普适性的对称规律？
• 地球上没有右旋氨基酸生命， 但是，按照手性的原则，它们确实是可能存在的， 也许，在宇宙的另一端，有智慧的右旋氨基酸生命也在苦苦寻找着我们。。。。。。
DNA的“第一夫人” DNA背后的“黑暗女神”
在富兰克林不知情的情况下，威尔金斯将她的B型 DNA的X射线衍射照片带给了沃森与克里克。
“照片51号” DNA的X射线衍射照片
罗莎琳·爱尔西·富兰克林
Rosalind Elsie Franklin （1920-1958）
沃森、克里克与威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学与医学奖 然而，在他们的获奖感言中，甚至都没有提到那个人 已经去世了4年的富兰克林
X射线和X射线衍射
➢ X射线的发现
伦琴于1895年发现，并因此获首届诺贝尔物理学奖。 1906年，实验证实了X射线是一种10-3 nm到10 nm的电磁波。
➢ 晶体：天然光栅
1. 由于x射线的波长太短，刻制合适的光栅很困难 2. 1912年，劳厄提出用晶体作为天然光栅。
其数量级为几十纳米，与x射线的波长数量级相同。
SERS具有高灵敏、可提供化学结构信息 等特点，因而被认为是一种非常有潜力 的无标记DNA分析方法。
动态光散射——散射 Dynamic Light Scattering DLS
弹性光散射
准弹性光散射
动态光散射 散射光频率与入射光有微小差别 测量光强波动随时间的变化
瑞利散射 静态光散射 测量纯散射光强度变化
然而拉曼不相信这是杂质造成的现象。如果真是杂质的荧光，在仔细提纯的样 品中，应该能消除这一效应。
另一名学生克利希南（K.S.Krishnan）观测了经过提纯的65种液体的散射光， 证明都有类似的“弱荧光”，而且是部分偏振的。
瑞利散射 （Rayleigh Scattering）
散射光中瑞利（弹性）散射占主导； 弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；
整齐划一的 广场舞
信号的产生
关闭射频场
共振状态
竖直方向上无到有
静磁场方向变化
宏观磁化矢量
水平方向上有到无
初始状态
圣诞树一样的螺旋线
自由感应衰减信号FID
只看Y方向
通过傅里叶变换
化学位移的手段
将时域信号变为能够分析的频域型号 判断有机分子的大致成分
NMR仪器的基本构造
X射线衍射——衍射 Diffraction of X-rays
2003
美国科学家Paul Lauterbur 通过在静磁场中使用梯度场，获得磁共振信号的位置，得到物体的二维图像； 英国科学家Peter Mansfield 进一步发展梯度长的方法，指出磁共振信号可以用数学方法精确描述，使MRI技术成为可能
小游戏
①桌子上有一堆杂乱的小指南针，在两端加上足够磁场， 这时这些指南针会在磁场作用下指向同一个方向（方向A）
非晶质的积分强度 结晶质的积分强度 定量分析
结晶化度
角度（2θ）
DNA衍射图谱
从这幅图可以得出 ✓ DNA结构是双螺旋形
拉曼光谱/表面增强拉曼——散射 Raman spectra/SERS
拉曼是谁？
他天资出众，16岁大学毕业； 18岁发Nature； 40岁发现拉曼散射 成为第一位获得诺贝尔奖的亚洲科学家
拉曼 ·一个学霸 （1888-1970）
拉曼发明的拉曼光谱仪
他解答了 海水为什么是蓝的？
传说。。。
1921年拉曼出席了牛津召开的英国大学会议，会上做了精彩的报告 乘船回国的路上，偶然听到一对母子的对话
平面偏振光
振动方向保持不变
圆偏振光
振幅不变，方向周期性变化
作
用
于
旋光仪
旋 光
测定物质旋光度的仪器，计算出浓度。
性 物
质
作用于旋光性物质
左右旋圆偏振光
➢ 一束平面偏振光可以分解成两束振幅相同、频率相同， 旋转方向相反的左、右旋圆偏振光。
➢ 右旋是顺时针方向，左旋是逆时针方向。
比尔朗伯定律
摩尔吸光系数
能 级 差
氢核磁矩的取向
上旋态 平行于磁场方向的核磁矩 顺磁场 低能量
能级分裂
下旋态 反向磁场方向的核磁矩 逆磁场 高能量
磁Magnetic
特殊之处2：原子核的进动
置于磁场中的原子核 中心排好队，身体在不由自主的进动
拉莫频率ω
进动频率和两个因素有关 1）外磁场的强度B 2）具体是什么粒子有关，
即旋磁比γ
“妈妈，这个大海叫什么名字？” “地中海” “为什么叫地中海” “因为它夹在欧亚大陆和非洲大陆之间” “妈妈，大海为什么是蓝色的”
（根据当时瑞利爵士的观点回答~） “小朋友，因为大海反射了天空的颜色”
Idea： 真的是这样吗？
天为什么是蓝的？
瑞利散射
散射光的强度和入射光波长的四次方 呈反比
白天，日光透过大气层时，空气的氧和氮等分子对阳光进行瑞利散射， 波长较短的蓝光更容易散射，被散射的蓝光布满整个天空，
核磁共振领域的诺贝尔奖
1944 美国科学家Rabi 气态原子核磁性的共振方法
1952 美国科学家Bloch（用感应法）和Purcell（用吸收法） 发现宏观核磁共振现象
1991
瑞士科学家Ernst NMR波谱方法、傅里叶变换、二维谱技术
瑞士科学家Kurt Wüthrich 2002 多维NMR技术测定溶液中蛋白质结构的三维构象
陀螺的进动
氢核的进动
对于一个氢核而言 磁场存在2个分量
竖直方向的分量 始终不变的
水平方向的分量 所有氢核加起来抵消了
共振现象
变化一： 原本低能态的质子就会收到激发， 开始变成高能态的
核磁共振现象
在水平方向加交变的电磁场 让它的频率正好等于这堆质子的 拉莫频率
两个变化
蹦迪
变化二： 由于射频场的存在 质子的进动变得有序了，出现水平方向分量
1. 已知波长λ的X射线，测定θ角 计算晶体间晶面间距d，用于结构分析
2. 已知晶体的晶面间距，测定θ角 计算X射线的波长，成为X射线光谱学
衍射谱图的分析
峰位 面间距d → 定性分析 点阵参数 d漂移 → 残余应力 固溶体分析
强 度
半高宽 结晶性 微晶尺寸 晶格点阵
样品方位与强度变化: 单晶定向； 多晶择优取向
手性与手性化合物
拉丁文
“Sinister”-左
“Rectus”-右
手性（chirality）： 在自然界中广泛存在， 指一个物体与其镜像不重合。
手性化合物（chiral compounds）： 分子量、分子结构相同，但左右排列相反。
1961年反应停（沙利度胺）因为强烈致畸作用而被全面召回。 反应停的R构型分子具有疗效， 而S构型分子具有强烈致畸作用！
拉曼光谱的发现
1923年4月，他的学生之一拉玛纳桑（K.R.Ramanathan）第一次观察到了光散 射中颜色改变的现象。实验是以太阳作光源，经紫色滤光片后照射盛有纯水或 纯酒精的烧瓶，然后从侧面观察，却出乎意料地观察到了很弱的绿色成份。
拉玛纳桑不理解这一现象，把它看成是由于杂质造成的二次辐射，和荧光类似。 因此，在论文中称之为“弱荧光”。
检测方法？
发现分子手性
分子旋光性实验
Pasteur在显微镜下用镊子分出了酒石酸的两种结晶型， 发现他们成溶液时会使平面偏振光向相反的方向旋转， 因而定出分子有左旋与右旋的不同结构。
路易斯·巴斯德·微生物学鼻祖 （1822-1895） 发明巴氏消毒法 研制狂犬疫苗 一个喜欢酒的人
他注意到制酒时酒石酸的晶体 在发酵过程中沉积，于是选择 酒石酸盐当研究题材。
圆二色光谱仪
英国应用光物理公司 Chirascan V100
蛋白质CD光谱分析——定量分析
蛋白质CD光谱的波长范围：远紫外区（185-245nm)、近紫外区（245-320nm)