第十章生物无机化学研究中的物理方法
第十章生物无机化学中的物理方法介绍
技术
电子衍射 中子衍射 X射线衍射 UV光谱
时间
≈10-20s ≈10-18s ≈10-18s ≈10-15s
可见光谱
红外光谱 EPR谱 NMR NQR 穆斯鲍尔谱 分子光束 实验分离异构体
≈10-14s
≈10-13s ≈10-4~10-9s ≈0-1~10-9s ≈10-1~10-8s ≈10-7s ≈10-6s >102s
第十章 生物无机化学研究中的 物理方法
• • • • • 10.1 时标评述 10.2 X射线方法 10.3 磁共振方法 10.4 穆斯鲍尔谱 10.5 电子光谱
• 为了在实验科学上取得进步，必须用恰当的 方法来研究感兴趣的问题 • 不需要掌握每一方法的技术原理 • 对目前生物无机化学常用的物理方法综述 • 着重讨论各种物理方法如何影响生物无机化 学的发展，以及生物无机化学又如何促进物 理方法的改进 • 本章要讨论的是，在分子结构测定和电子结 构表征方面，所应用的特定物理方法的优点 和局限性
10.2.b X射线吸收光谱
• X 射线被吸收后，能激发元素 1s（K吸收 边）或2s、2p（L吸收边）的电子到空的 定域轨道，对能量更高的X光子还能激发 出连续光谱 • 通过检测X吸收边的能量，可确定待测金 属离子的氧化态 • 相邻原子通过背散射对X射线吸收能量谱 的调制，能获得广延X射线吸收精细结构 （EXAFS)，从中可得出金属配位几何构 型的细节 • 可研究非晶体甚至溶液
无机化学研究内容
无机化学研究内容
无机化学是化学的一个重要分支，主要研究无机物质的化学性质、结构和合成方法等
方面的问题。
无机化学的研究内容非常广泛，包括以下几个方面：
1. 元素化学研究
元素是构成化合物的基本组成部分，无机化学研究元素的物理和化学性质，了解元素
在化学和生命过程中的作用。
无机化学家研究单质的制备方法、物理性质、化学反应及各
种化合价、氧化态的存在形式等。
配位化学研究基于中心金属离子与其周围配体的相互作用，研究配合物的合成、物理
化学性质及其在不同领域中的应用。
配合物的研究领域涉及广泛，从生物医药到能源材料，几乎涵盖了现代化学领域的方方面面。
离子化学是研究离子反应的化学分支，研究离子间的相互作用和反应机理。
离子化学
在分析化学和无机材料科学中有广泛应用，例如在催化、电化学和非线性光学领域中的应用，以及研究化学元素的性质等。
材料化学研究制备和合成各种无机材料的方法，例如半导体、金属、陶瓷、玻璃、分
子筛等。
材料化学的研究主要集中在开发新材料和提高材料性能方面。
生物无机化学研究生命体系中重要的无机物质，例如金属离子的代谢作用、酶的催化
反应、生命系统的红氧化还原反应等。
这个领域的研究对生物体系的理解和医药应用有重
大意义。
总之，无机化学的研究内容非常广泛，涉及各个领域。
随着科学技术的不断发展，无
机化学将继续发挥重要的作用促进人类文明的进步。
无机化学第十章
Packing)；
体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。
§10.3
离子晶体
10.3.1 离子晶体的特征结构 10.3.2 晶格能 10.3.3 离子极化
10.3.1 离子晶体的特征结构
离子晶体：密堆积空隙的填充。 阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。 规则：阴阳离子相互接触稳定； 配位数大，稳定。
r/pm 97 99 96 95
2.离子极化力(f )
一般规律：
①离子半径 r ：r 小者，极化力大。
②离子电荷：电荷多者，极化力大。
③离子的外层电子构型：
f ：(18+2)e-,18e- > 9－17e- >8e当正负离子混合在一起时，着重考虑
正离子的极化力，负离子的极化率，但是
18e构型的正离子(Ag+, Cd2+ 等)也要考虑其 变形性。
ZnS型 n的取值：
离子电子 层构型 n值 He 5 Ne 7 Ar Kr Xe
A=1.638
(Cu )
9
+
(Ag )
10
+
(Au )
12
+
3.Калустинский公式
Z1Z 2 34.5 U 1.20210 1 {r r } {r r }
分子式 He Ne Ar Kr Xe H2 O2 N2 Cl2 Br2 极化率 0.227 0.437 1.81 2.73 4.45 0.892 1.74 1.93 5.01 7.15 分子式 HCl HBr HI H2O H2S CO CO2 NH3 CH4 C2H6 极化率 2.85 3.86 5.78 1.61 4.05 2.14 2.87 2.39 3.00 4.81
研究生物物理学和生物化学的方法及其应用
研究生物物理学和生物化学的方法及其应用生物物理学和生物化学是两个研究生命科学的重要分支，它们帮助我们深入了解生命现象背后的化学和物理机制。
通过这些方法的应用，我们可以更好地理解生命现象，对疾病的治疗和预防也有了更好的认识。
生物物理学的方法生物物理学是将物理学的概念和技术应用于生物学中，研究生物分子结构与功能之间的相互作用。
生物物理学的方法很多，常见的有X射线晶体学、核磁共振、荧光和分子动力学等。
X射线晶体学是一种用于研究生物分子结构的常见技术。
它利用X射线穿过样品产生的散射来测定分子的结晶结构。
这种方法可以非常精确地确定分子结构，对于了解蛋白质、DNA等生物分子的化学性质和空间结构非常有帮助。
核磁共振是一种利用原子核的磁性来研究分子结构和相互作用的方法。
通过在样品中施加一个恒定的磁场，然后再施加一个变化的磁场，可以观察到原子核的响应。
这种方法可以用于研究分子中不同原子之间的化学键的性质及其相互作用，对于了解生命分子的功能机制非常有帮助。
荧光是一种利用分子内部的荧光性质来研究生命分子的方法。
生物分子在受到光的激发后会发出荧光，这个荧光的性质受到分子结构、溶液中的环境和光的波长等因素的影响。
通过研究荧光的性质，可以了解分子结构和性质的变化，有助于揭示生物分子的功能机制。
分子动力学是一种利用计算机模拟分子内部结构和动态过程的方法。
通过分子动力学的模拟，可以研究分子的结构和相互作用的变化，有助于了解动态的生物分子结构和功能机制。
生物化学的方法生物化学是将化学的概念和技术应用于生物学中，研究生命分子的化学性质和反应过程。
生物化学的方法很多，常见的有分离和纯化、酶动力学、质谱和蛋白质组学等。
分离和纯化是一种在混合物中分离出目标生物分子并将其纯化的方法。
在生物化学研究中，经常需要从组织或细胞中提取生物分子，并通过分离和纯化的方法获取纯净的分子制备样品。
这种方法可以为其他分析方法提供高质量的样品。
酶动力学是一种研究酶作用机制的方法。
无机化学绪论2024
引言概述：无机化学是研究无机物质的组成、结构、性质和反应的科学。
本文将继续探讨无机化学的相关内容，主要包括无机化学的研究方法、离子晶体结构、无机材料的应用、配位化学以及金属有机化学的基本概念。
通过深入了解这些内容，我们可以更好地理解无机化学的基本原理和应用。
正文内容：1.无机化学的研究方法1.1实验方法：无机化学实验的基本方法包括合成无机化合物、测定其物理性质以及分析和鉴定无机化合物等。
1.2理论方法：无机化学理论方法主要包括量子力学、分子轨道理论和晶体学等。
1.3模拟方法：无机化学在近年来逐渐应用了计算化学方法，如密度泛函理论和分子力场等，来模拟无机化合物的结构和性质。
2.离子晶体结构2.1晶体结构：离子晶体是一类以正离子和负离子互相组合形成的晶体，在无机化学中有着重要的地位。
2.2析晶技术：透过常见的溶剂挥发法、热解法等等方式，我们可以得到高品质和单晶的离子晶体。
2.3晶体结构分析方法：X射线衍射和中子衍射是常见的晶体结构分析方法，通过这些方法可以确定晶体结构的空间群和晶格参数。
3.无机材料的应用3.1光电材料：无机化学在光电材料领域发挥着重要的作用，如太阳能电池、发光二极管等。
3.2催化剂：金属催化剂是许多化学反应的关键，无机化学为催化剂的设计和合成提供了重要的基础。
3.3材料科学：无机化学在材料科学中有着广泛的应用，如高温超导材料、电池材料等。
4.配位化学4.1配位键理论：配位化学研究的基础是配位键理论，根据电子对亲和力的差异，进行了一系列的配合物形成和反应研究。
4.2配合物的性质和反应：配合物的性质包括化学性质和物理性质，而配合物的反应则是指配位键的形成和断裂过程。
4.3配位数：配位化学研究还涉及到配位数的概念，表示一个中心离子周围配位体的数目。
5.金属有机化学的基本概念5.1金属有机化合物的合成和性质：金属有机化合物是由金属原子和有机基团形成的化合物，研究其合成方法以及性质对于理解金属催化和有机合成起到重要作用。
生物物理学的研究方法及应用
生物物理学的研究方法及应用生物物理学是研究生命科学中生物体功能及生命现象与物理规律之间的关系的交叉学科。
它的研究范围包括从生物体分子结构、生理功能到生物系统和生态学水平的多个方面。
生物物理学在短短的几十年时间里，已经成为科学研究领域的热门话题。
本文将介绍生物物理学的研究方法及应用。
一、生物物理学研究方法1.结构分析分子结构是生物物理学的一大研究领域。
利用X射线晶体学、核磁共振等技术，可以对生物分子的三维结构进行高分辨率、高精度的测定。
结构分析对于了解生物分子的功能特性以及药物分子与靶标的互作机制具有重要意义。
2.光谱学生物物理学光谱学方面主要包括荧光光谱学、圆二色光谱学、红外光谱学等。
光谱方法能够研究生物分子的光物理性质，如荧光、吸收光谱、发射光谱等，并从中获得生物分子的相互作用机制以及生理功能信息。
3.动力学研究动力学研究是通过酶动力学、蛋白质动力学等手段，研究生物分子的反应动力学过程。
利用这些技术，人们可以研究生物分子之间的相互作用以及化学反应的动力学规律。
4.模型计算生物物理学中模型计算是定量描述生物分子、生物过程及生态系统等复杂系统的有效手段。
模型计算将生物过程建模，并对其进行模拟和计算，在模型可靠性得到验证后，可以为实验提供重要的指导和帮助。
二、生物物理学应用1.生物材料生物物理学的很多成果已经被应用于生物材料研究中。
通过对生物大分子的控制组装和改性，可以制备出一系列具有先进性能和功能的材料。
如，利用酸成纸原理和自组装技术可以制备出高分子纳米材料，这些材料具有良好的可控性和药物缓释等性能，用于生物医疗领域具有广泛的应用前景。
2.生物医学生物物理学中的技术在医疗领域也有着广泛应用。
如，透射电子显微镜、激光共聚焦显微镜和磁共振成像等技术已成为疾病诊断和治疗中的标配。
另外，生物物理学中还涉及医学物理学、正电子发射断层扫描、单光子发射计算机断层扫描等多种临床应用技术。
3.生物信息学生物信息学是生物物理学的一个重要分支，研究生物的信息传递、遗传密码、蛋白质结构、生物网络等信息学问题。
生物无机化学
2 必需元素与有毒元素
2.1 必需元素 (essential elements) 生物必需元素或生命元素，是维持生物体生 存所必需的元素 , 缺少会导致严重病态或者死亡。 ① 生物必需元素的种类和个数随着研究的深入和发 展而不断变化，例如 Ni、As 等以前认为不是生物 必需元素的元素后来被证实为生物必需元素。 ② 必需元素需同时具备以下四个条件: (i) 元素在不同的生物组织内均有一定的浓度； (ii) 去除后会使生物有相同(似)的生理上的异常; (iii) 恢复后可以消除或预防这些异常; (iv) 元素有专门生物化学上的功能。
1概述
1.1 生物无机化学的主要研究内容：
① 生物体内物质及相关化合物与各种无机元素，
尤其是微量金属离子之间的相互作用；
② 生物体内金属离子及其金属酶、金属蛋白的结 构、功能以及模 拟研究； ③ 无机元素在生物体内的循环、环境污染、含金 属药物等对生物体、生命生理过程的影响等。
1.2 生物无机化学的主要研究方法：
3.3 金属酶的作用
① 金属离子与蛋白链结合 , 从而使蛋白具有特定的 高级结构 ( 定性与其催化活性之间有密切关系；
② 通过金属离子与底物分子间的相互作用 , 使底物 分子定向 , 从而发生专一性强、选择性高的催化 反应； ③ 形成催化反应活性中心 (active center 〉 , 从而为
于缺乏化学元素硒（Se）所致。
在某些内陆的边远山区，过去常见一
种发病率较高的地方病甲状腺肿大，研究
发现是由于缺乏化学元素碘（I）所致。
六十年代，在伊朗以谷物为主食的居 民中发现了“侏儒症”病例，进一步的研 究证明是由于化学元素锌（Zn）缺乏所致。
日本神通川地区曾经有一种以骨痛为特征的 疾病，被当地人称为“痛痛病”。调查发现是
无机化合物的结构和性质研究
无机化合物的结构和性质研究无机化合物是由无机元素组成的化合物，其结构和性质的研究对于理解无机化学的基本原理和应用具有重要意义。
本文将从无机化合物的结构和性质两个方面进行探讨。
一、无机化合物的结构研究无机化合物的结构研究是无机化学的基础，它揭示了无机化合物中原子之间的排列方式和键合情况。
通过研究无机化合物的结构，我们可以了解其物理性质、化学性质以及其在生物和工业领域的应用。
1. 晶体结构晶体结构是无机化合物结构研究的重要方向。
晶体是由原子、离子或分子按照一定的规律排列而成的，其结构可以通过X射线衍射等方法进行研究。
晶体结构的研究可以揭示无机化合物的空间排列方式、晶格参数以及晶体的对称性等信息。
2. 配位化合物的结构配位化合物是无机化合物中的重要类别，其结构研究对于理解配位化学的基本原理具有重要意义。
配位化合物的结构可以通过X射线结构分析、核磁共振等方法进行研究。
通过研究配位化合物的结构，我们可以了解配位键的形成方式、配位数以及配位体的取向等信息。
3. 超分子结构超分子结构是无机化合物结构研究的新兴领域，它研究的是由分子间的非共价相互作用力组成的结构。
超分子结构的研究可以揭示无机化合物在溶液中的聚集行为、自组装过程以及其在生物学和材料科学中的应用。
二、无机化合物的性质研究无机化合物的性质研究是无机化学的核心内容，它关注无机化合物在化学反应中的行为和特性。
通过研究无机化合物的性质，我们可以了解其物理性质、化学性质以及其在环境和生命科学中的应用。
1. 物理性质无机化合物的物理性质包括颜色、熔点、沸点、密度等。
这些性质反映了无机化合物的分子结构和相互作用方式。
通过研究无机化合物的物理性质，我们可以了解其热力学性质、相变行为以及其在材料科学中的应用。
2. 化学性质无机化合物的化学性质包括酸碱性、氧化还原性、配位性等。
这些性质反映了无机化合物在化学反应中的行为和特性。
通过研究无机化合物的化学性质，我们可以了解其与其他物质的反应规律、催化性能以及其在化学工业中的应用。
物理化学研究方法(总结好累啊)
物理化学研究方法(总结好累啊)物理化学研究方法是指在物理化学领域中应用的各种实验和理论手段，用于研究物质的物理和化学性质。
它涉及了许多实验和分析技术，并结合了理论模型来解释实验结果。
下面将简要介绍几种常用的物理化学研究方法。
光谱学光谱学是研究物质通过与光相互作用而产生的各种现象的科学。
主要包括红外光谱、紫外光谱、核磁共振光谱和拉曼光谱等。
通过测量物质的吸收、发射或散射光的频率和强度变化，可以了解其分子结构、化学键性质以及物质的电子态等信息。
热分析热分析是通过对样品在不同温度下的物理和化学性质进行测量，以获取样品的热行为信息。
常见的热分析技术包括差热分析、热重分析和热解析等。
通过测量样品的质量、温度或热流量的变化，可以分析热分解反应、热稳定性和热容等性质。
电化学分析电化学分析是利用电化学技术对物质进行分析和表征的方法。
常见的电化学分析技术包括电位法、电流法和交流阻抗法等。
通过测量电流、电势或电阻等参数，可以研究物质的电化学行为，如电化学反应动力学和电催化性能等。
表面分析表面分析是研究材料表面的结构、成分和性质的一种方法。
常用的表面分析技术包括扫描电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等。
通过观察和分析材料表面的形貌、元素组成和晶体结构等信息，可以揭示物质在表面的相互作用和表面性质。
理论计算理论计算是通过数学和计算机模拟来研究物质性质和反应动力学的方法。
常见的理论计算技术包括量子力学计算、分子动力学模拟和密度泛函理论等。
通过建立适当的理论模型和计算方法，可以预测物质的能量、结构和反应动力学等信息。
以上是物理化学研究中常用的几种方法，每种方法都有其特点和应用范围。
在实际研究中，研究人员可以根据具体问题选择合适的方法来解决科学难题。
物理化学研究方法的不断发展和创新，为我们深入理解物质的性质和反应过程提供了强有力的工具。
*（以上内容仅供参考）*。
生物无机化学
金属离子可以提高酶的活性，但与酶蛋白结合松散， 该酶称为金属激活酶（metal-activied enzyme)。 如葡萄糖磷酸化反应必需依靠ATP水解ADP供能，同 时需要Mg2＋或Mn2＋激活葡萄糖激酶和ATP酶。
4.4 羧肽酶A
一种Zn酶（307种氨基酸残基组成），催化蛋白羧端肽键的水解反应
实验3. 酞菁配合物的合成与表征
1. 实验目的： 实验包括配合物的制备、提纯、分离及其电子光谱的研究。学生通过 该实验应该掌握无氧无水操作、高效液相色谱使用、配合物的基本 表征手段。
2. 实验原理：
R
R
CN
金属盐
R
NN
N
R
NM N
无氧无水条件，高温
CN
N NN
R
3. 实验步骤： 配合物合成→→→分离纯化→→→波谱表征
反应方程式：
NO2
OH
CN +
CN
OC6H5
无 水 K2 CO3
CN
DM F， N2， 80℃
CN
实验投料：腈与酚mol比为1：1，无水K2CO3为5g /1.73g，DMF 为5ml/1.73克，无水K2CO3和DMF在反应前都需干燥。 步骤请查相应文献，主要是后处理的步骤。 所得产品需算产率，测熔点，红外表征。
一、指导思想
校 总 体 工 作计划 为指导 ，以深 入开展 素质教 育和创 新教育 为目标 ，围绕 教 育活动 ，提高 学生的 思想素 质和科 学文化 素质、 以爱国 主义教 育为主 生 的行为 习惯的 养成为 主要内 容，注 意培养 和提高 学生的 基本道 德。规 常 管理工 作，开 展丰富 而有意 义的少 先队活 动，努 力探索 班级工 作的新
高等无机化学
化学和物理方法在生物学中的应用研究
化学和物理方法在生物学中的应用研究生物学是研究生命体系及其相关现象的一门学科，在研究过程中需要使用不同的科学方法。
其中，化学和物理方法在生物学中的应用研究越来越重要。
本文将从生物分子结构的研究、仿生学、生物分析等方面探讨化学和物理方法在生物学中的应用研究。
一、生物分子结构的研究生物分子是构成生命体系的基本单位，生物分子结构的解析无疑是深入了解生命体系和生物现象的基础。
化学方法和物理方法都有广泛应用于生物分子结构的研究中。
1.核磁共振(NMR)技术核磁共振（NMR）技术通过观测样品分子中的原子核共振现象而揭示分子内原子之间的相对距离和排列方式。
当前，核磁共振技术已经成为生物学分子结构研究的重要手段之一。
通过对生物大分子如蛋白质、核酸、多糖分子等的核磁共振手段定位，可以实现其晶体结构的精确测定。
2. X-射线晶体学X-射线晶体学是一种采用X-射线对结晶样品进行衍射、分析并描绘分子三维结构的方法。
它是探究蛋白质结构的的标准方法。
例如，通过X-射线晶体学技术，我们现在已经可以解析许多重要的酶和蛋白质结构。
3. 亲和力层析法亲和力层析法是一种分离和纯化蛋白质的方法，其基本原理是利用化学方法，将具有特定性质的产物结合于分离材料上，再将待纯化的蛋白质通入该材料，使其与特定组分结合，换成杂质后用特定的缓冲液洗脱所需要的蛋白质。
这种方法在细胞信号传导及激素结构等领域有广泛应用。
二、仿生学仿生学将生物学和工程学结合起来，旨在研究和模仿自然界的生物特性，将其应用于工程技术中。
在仿生学中，化学和物理方法往往是必不可少的。
1. 生物仿制生物仿制是仿生学中最著名的一种方法，它是通过观察自然界中生物的特性，运用科学技术将这些特性复制到人工系统中。
例如，人造鲨鱼皮革、生物机器人和仿制生物适应性材料等都是经过化学和物理的仿制才得以制造的。
2. 生物纳米技术生物纳米技术是将生物大分子中的特性应用于制造纳米尺度材料。
通过这种方法，科学家可以制造更加高效和节能的电池、高性能材料和新型电子器件等。
生物无机化学绪论
看一个例子，人体内的过氧化氢酶是一 种以铁（Ⅲ）-原卟啉为辅基的金属酶，它 的结构十分复杂，分子量达22万左右。过 氧化氢酶分子中铁（Ⅲ）-原卟啉（即高铁 血红素，其结构类似于亚铁血红素）是酶 催化过氧化氢分解为水和氧的的活性中心。 人们用铁（Ⅲ）与三亚乙基四胺合成了三 亚乙基胺铁（Ⅲ）配合物。用来模拟过氧 化氢酶的模拟化合物，获得成功。用这一 简单的模拟化合物来进行诸如催化机理的 研究，就很方便。这一模拟化合物对双氧 水分解速度与过氧化氢酶催化速度相当。
7
此后，又由美国著名化学家施劳得尔 （G.M.Schrauzer ）发起，成立了生物 无机化学国际协会。在此期间，不少学术 性期刊也相继为生物无机化学开辟了专门 栏目，以供有关论文发表。在美、意、苏、 德、日等国，以无机生物化学或生物无机 化学命名的专著不断出版，稍后进入80年 代末90年代初，我国作者也由有关专著出 版（郭德威编，申泮文校 生物无机化学概 要等）这些著作的出版给人们展示了该学 科的发展前景。
28
又如维生素B12，结构极其复杂，人们为 了了解B12的化合物本质及性质和B12作用机 理，合成许多结构简单的B12的模拟化合物。
29
1-5
生命元素
周期表中109种元素，其中稳定元素为90种 左右。这些元素，均可在地球表面找到。人们把维 持生命所需的元素称为生物体必须元素，简称生命 元素。 生命元素特征：（1）存在于正常组织中.(2) 在各组织中有一定的浓度.(3)如果机体缺乏这种 元素,将会引起生理或结构变化，重新引入这种元 素，又会复原。
3
随着无机化学和生物化学的发展，近代 物理信息涌现和时间技术的不断提高，人 们已能在分子水平上研究生物体的化学本 质和生物体在生命活动过程中的化学变化 规律。在研究中发现，某些痕量金属元素 及非金属元素在各种不同的生物过程中起 着极其重要的作用。为此，无机化学和生 物化学工作者及其它（为医学、营养学、 临床化学）工作者，各自展开大量的研究。 自50年代起，通过一些会议，促进了有关 工作者的接触和研究成果的交流。
物理化学方法
生物无机化学研究中的重要仪器方法包括：
配合物的几何构型与配合物的配位数有关，配位数不同，配合物的几何构型也不同。
分子的各种运动具有不同的能级，从基态吸收特定 生物体系中的金属离子主要以配合物形式存在，因此配位化学知识是生物无机化学研究的基础。
第一节 配位化学基础
分子的各种运动具有不同的能级，从基态吸收特定能量的电磁波跃迁到高能级，可以得到对应的波谱。
一、配合物的组成和分类：
配合物
内界
外界
中心原子(离子)
配体
中心离子 配体 配位原子 配位数 配离子的电荷
单齿配体 多齿配体
简单配合物 螯合物
螯合效应
二、配合物的几何构型 配合物的几何构型与配合物的配位数有关，配位数
不同，配合物的几何构型也不同。
在生物无机化学中，金属主要采取配位数为3～6的几 何构型。
我国的生物大分子晶体学研究几乎同时起步，并于20 世纪70年代初测定了猪胰岛素的空间结构。
当今仪器设计和软件技术的发展日趋完善，X射线衍 射方法成为蛋白质、核酸等生物分子空间结构测定中最 为重要的方法。
X射线晶体结构测定的精确度取决于数据的质量和分 辨率。低分辨率条件下，通常只能分辨出整个分子的形态。 在高分辨率条件下，可以完全分辨出原子的精确位置。
的X射线衍射分析； ②衍射数据的收集和整理； ③相位的计算； ④电子密度图的计算和解释以及分子
模型的修正。
要进行X射线晶体结构分析，首先要得到具有一定大 小和形状的单晶。一般来说，相对分子质量为5万左右的 蛋白率的结构分析。
生物大分子的结晶过程与小分子一样，是一个有序化 过程，即在溶液中处于随机状态的分子转变成有规则排列 状态的固体。
（7）紫外－可见光谱
物理化学的研究方法及应用
物理化学的研究方法及应用物理化学是研究物质的物理性质和化学性质之间关系的学科。
它是化学与物理学两个学科的交叉领域，主要研究物质的结构、能量、反应等方面的问题。
物理化学方法丰富多样，应用广泛。
下面将详细介绍物理化学的研究方法及应用。
一、分子动力学模拟分子动力学模拟是指通过计算机模拟方法来研究分子的运动和相互作用。
它是理解分子结构和属性的重要手段。
这种方法可以为材料科学、化学、物理学等领域提供定量的理论支持。
这种方法广泛应用于设计分子的新药、晶体生长、材料强度和有机化学反应机理等领域。
二、表面分析技术表面分析技术是研究物质表面结构、形貌和反应机理的方法。
主要包括扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱分析（XPS）、拉曼光谱分析、表面等离子共振光谱分析（SPR）等。
这些技术可以用于表面物理化学问题的研究，如表面化学反应、薄膜涂覆、催化物的表面修饰等方面。
三、核磁共振技术核磁共振技术是物理化学领域中重要的研究方法，它利用分子中原子核的自旋特异性来研究分子结构和性质。
常见的核磁共振技术包括高分辨核磁共振（NMR）、电子顺磁共振（EPR）、磁异方性核磁共振（MAN）等。
这些技术广泛应用于化学物质的结构分析、生物分子结构的研究等方面。
四、物理化学动力学技术物理化学动力学技术是在物理化学过程中研究反应动力学的一种方法。
主要有热重分析（TGA）、差示扫描量热分析（DSC）、微量热技术等。
这些技术可以研究物质的热学性质、相变行为和化学反应速度等方面。
五、电化学技术电化学技术是指通过测量电极电势、电流等参数来研究物质的化学性质和物理性质的方法。
常见的电化学技术包括电化学计量、电位滴定分析等。
利用电化学技术可以研究氧化还原反应、电解反应等化学反应机理，还可以用于电池、电极等电化学器件的设计和优化。
总之，物理化学的研究方法丰富多样，应用广泛。
这些方法可以为材料科学、化学、物理学等多个领域提供理论支持和实验帮助。
物理化学正在逐步深入到各种领域，我们相信，在未来，它的应用与发展将会更加广泛与深入。
物理化学方法研究生物分子的结构和相互作用
物理化学方法研究生物分子的结构和相互作用生物分子的结构和相互作用是生命活动的基础，研究它们的结构和相互作用对于生物学、医学、药学等领域具有极其重要的意义。
近年来，物理化学方法在研究生物分子的结构和相互作用方面得到广泛应用。
本文将介绍一些常用的物理化学方法及其应用，以期帮助读者更好地了解和掌握这些方法。
一、X射线晶体学X射线晶体学是一种通过测量分子结晶体衍射图案来确定分子结构的方法。
该方法有以下优点：可以解析得到各个原子的空间位置和结构信息，可以研究大分子结构的立体构象和空间排列，甚至可以解析单个蛋白质分子的结构。
该方法的缺点是需要获得具有高质量晶体的样品，且解析出结构需要耗费巨大的时间和费用。
近年来，X射线晶体学在蛋白质药物研发中的应用越来越受关注。
利用X射线晶体学技术可以确定药物与靶分子之间的相互作用模式和键合方式，推动了药物研究领域的发展。
二、核磁共振技术核磁共振技术可以通过分析分子中不同原子核的自旋行为，提供分子结构和动力学信息。
核磁共振技术主要有两种应用方式：一种是利用核磁共振谱图确定分子结构和化学环境；另一种是运用核磁共振波谱和简并态波函数理论，研究分子中电子结构的变化规律。
该技术的优点是无需晶体，可以研究溶液中的生物分子，且对样品的数量和浓度要求相对较低。
该技术的缺点是信号强度低，需要对样品进行高度纯化和浓度增强。
核磁共振技术在生物分子研究中的应用不断扩大，例如，通过核磁共振技术可以研究人体内的蛋白质结构、特定药物与蛋白质相互作用的结构和机理、酶催化反应的机理等。
三、质谱技术质谱技术是一种分析物质中质子数、中子数和电子数的技术，可以提供分子的质量、结构和组成信息。
质谱技术主要有以下几种方式：质子转移反应质谱（PTR-MS）、表面增强拉曼散射（SERS）、基质辅助激光解析电离质谱（MALDI-TOF MS）等。
质谱技术可以应用于生物分子的定量和定位分析，如确定特定蛋白质的含量和分布、研究蛋白质空间构象的动力学过程等。
无机化学研究对象和研究方法简介
无机化学研究对象和研究方法简介无机化学是化学的一个重要分支，研究无机物质的组成、结构、性质和变化规律。
无机化学的研究对象是无机物质，包括无机元素、无机化合物以及无机体系。
而无机化学的研究方法则是通过实验和理论推导，揭示无机物质的性质和变化规律，为材料科学、能源、环境等领域的发展提供重要的理论基础和实际应用。
一、无机物质的研究对象1. 无机元素无机元素是构成无机物质的基本单位，目前已知的无机元素共有118种。
这些无机元素具有不同的原子序数、电子结构和周期性特征。
通过研究无机元素的性质和变化规律，可以深入理解元素周期表的结构和演化过程，为材料合成和性能调控提供重要指导。
2. 无机化合物无机化合物是由无机元素通过化学键结合而成的物质，包括离子化合物、共价化合物、配位化合物等。
无机化合物具有多样的结构类型和性质特征，研究无机化合物可以揭示它们的合成、晶体结构、热力学性质以及光电磁性能等重要信息，为新材料的设计与合成提供理论基础。
3. 无机体系无机体系是由多个无机物质组成的复杂体系，例如合金、溶液、晶体等。
通过研究无机体系的相互作用和相变规律，可以理解物质的分相行为、相图特征以及相变动力学和热力学过程，在合金材料、催化剂设计等领域提供重要的理论指导。
二、无机化学的研究方法1. 实验方法实验方法是无机化学研究的重要手段，通过对无机物质的合成、表征和性质测试，获取实验数据并进行分析。
常用的实验方法包括合成化学、晶体学、光谱学、热分析等。
实验数据的准确采集和分析对于无机化学研究至关重要，通过实验方法可以验证理论假设、揭示物质的结构和性质特征。
2. 理论方法理论方法是无机化学研究的另一个重要手段，通过数学模型和计算方法，对无机物质的结构和性质进行理论推导和计算模拟。
常用的理论方法包括量子化学、密度泛函理论等。
理论方法能够揭示无机化合物的分子结构、电子结构、光电磁性质等重要信息，并为材料设计和性能预测提供理论指导。
生物物理学的研究方法
生物物理学的研究方法生物物理学是一门融合了生物学和物理学的学科，旨在探究生命现象的物理基础及其机制。
为了开展生物物理学的研究，科学家们采用了多种研究方法。
本文将介绍一些常用的生物物理学研究方法，以及它们的应用。
电生理学方法电生理学是研究生物体内电信号的生成与传导的学科。
通过记录生物体内的电信号，科学家们可以了解细胞、组织和器官的电活动特征。
常用的电生理学方法包括细胞内记录、细胞外记录和多光子成像。
这些方法可以帮助科学家研究生物体内的离子通道、细胞膜电位以及神经元的活动等。
光谱学方法光谱学是研究物质与光的相互作用的学科。
在生物物理学中，光谱学方法被广泛应用于研究生物分子的结构和功能。
例如，利用紫外可见吸收光谱，科学家可以研究蛋白质、核酸等生物大分子的光吸收特性；荧光光谱学则可用于研究分子的发光性质，如荧光共振能量转移和荧光探针的应用等。
显微镜方法显微镜是生物物理学研究中不可或缺的工具。
通过显微镜，科学家可以观察并研究微观结构和生物过程。
常用的显微镜方法包括光学显微镜、电子显微镜和共聚焦激光显微镜。
其中，光学显微镜适用于观察透明样品，如细胞和组织，而电子显微镜则能提供更高的分辨率，适用于观察更小尺寸的样品。
X射线晶体学方法X射线晶体学是一种通过测量物质中的晶体对X射线的散射来研究其结构的方法。
在生物物理学研究中，X射线晶体学被广泛运用于研究蛋白质和生物分子的结构。
通过得到晶体的X射线衍射图像，科学家可以确定物质的原子排列和空间结构，进而了解其功能和性质。
核磁共振方法核磁共振是一种通过核自旋与外磁场相互作用的原理来研究物质结构和性质的方法。
在生物物理学中，核磁共振可以应用于研究生物分子的结构、动力学、相互作用等。
例如，核磁共振成像（MRI）可以用于研究人体组织和器官的结构及其功能。
计算模拟方法计算模拟是通过建立数学模型和计算机仿真来研究生物物理学问题的方法。
在生物物理学研究中，计算模拟可以帮助科学家研究分子的结构动力学、蛋白质折叠过程、膜蛋白通道等。
研究生物物理的实验技术与方法解析
研究生物物理的实验技术与方法解析生物物理学是一门研究生物体内的物质结构和功能的学科。
在生物物理学领域，实验技术和方法的选择和运用至关重要。
本文将详细解析一些常用的生物物理实验技术和方法，并介绍它们在研究生物体的作用机制和结构功能方面的应用。
一、蛋白质结构研究技术蛋白质在生物系统中扮演着重要的角色，了解其空间结构和构象变化对于研究生物体的功能具有重要意义。
1. X射线晶体学X射线晶体学是一种通过蛋白质晶体中X射线的衍射图像来解析蛋白质的结构的技术。
通过蛋白质晶体中的原子间的相互作用，可以得到高分辨率的蛋白质的三维结构信息。
这种方法在研究蛋白质的折叠、结构功能关系和药物设计方面发挥着非常重要的作用。
2. 核磁共振（NMR）核磁共振是通过对核磁共振信号的分析，得到蛋白质在溶液中的结构信息。
与X射线晶体学不同，核磁共振可以在溶液状态下研究蛋白质的结构，并提供蛋白质的动态信息。
这种方法在研究蛋白质的构象变化和相互作用网络方面具有重要应用。
3. 电子显微镜（EM）电子显微镜是一种通过电子束对生物样品进行成像的技术。
在蛋白质结构研究中，通过电子显微镜可以解析蛋白质的超高分辨率三维结构，尤其适用于大分子复合物和蛋白质与核酸之间的相互作用的研究。
近年来，电子显微镜的技术发展使得它逐渐成为解析蛋白质结构的重要工具之一。
二、细胞成像技术细胞是生物体的基本单位，研究细胞的生命过程是生物物理学研究的重要内容。
细胞成像技术的发展为我们深入了解细胞的结构和功能提供了强有力的工具。
1. 荧光显微镜荧光显微镜通过激发标记有荧光物质的生物样品，观察其发射的荧光信号，进而实现对细胞的可视化观察。
荧光显微镜具有高灵敏度和分辨率，可以用来研究细胞内的亚细胞结构、蛋白质定位和细胞功能。
2. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜通过加速电子来形成高能电子束，然后透过细胞样品，通过透射电镜的成像系统对细胞进行成像。
TEM具有很高的分辨率，可以观察到细胞内的细节结构，如细胞核、线粒体等，对于研究细胞的形态和超微结构非常有用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10.4穆斯鲍尔谱
• 方法：从处于激发态能级的源元素核中，发 射出的γ-射线又被样品中的同一元素吸收。
• 研究生物无机化学中57Fe特别有意义。 • 同位素位移（δ，mm/s）中能获得有关金属
氧化态和自旋态以及铁配体类型的某些信息
• 从结构的观点来看，最有用的是信号的四极 分裂ΔEQ，它显示出围绕金属中心电场的不 对称性
• 通常把大分子晶体浸泡在金属配合物的溶液 中，来制备具有电子密集原子或基团的衍生 物。通用的标准试剂中含有单一的重原子， 诸如铂、汞或金。当生物分子的尺寸增大以 及复杂性增加时，就要求有足够量高电子密 度的重原子衍生物，以便为同晶取代技术提 供足够的物相。例如：四（乙酰汞基）甲烷 （TAMM)和二-µ-碘二（乙二胺）合铂（PIP) 可用来解析核小体的核心微粒结构。
• 化学反应的速率类似车轮转动的速率，快门 开关的速率和表中列出的时标类似
• 通常研究电子转移反应比研究原子转移的化 学反应要求更快的方法。电子光谱就是这一 快速方法。波长λ=500nm，频率≈3☓10-15s 的光，可以分辨飞秒时标范围的化学变化
10.2 X射线方法
10.2.a 单晶X射线射线衍射
• 着重讨论各种物理方法如何影响生物无机化 学的发展，以及生物无机化学又如何促进物 理方法的改进
• 本章要讨论的是，在分子结构测定和电子结 构表征方面，所应用的特定物理方法的优点 和局限性
• 金属离子可作为一类生物功能基团，他 们的电子性质和高电子密度使其特别适 合用物理技术来研究，比如EXAFS（外 延X射线吸收精细结构），穆斯鲍尔谱 (Mössbauer)，共振拉曼谱（R，但所有分子 在磁场存在时都会显出CD谱，称为磁圆 二色谱
• 对鉴定结合的配体提供有力的指纹特征。
• 对于生物体中的铁原子穆斯鲍尔谱可用 于研究磁耦合现象
• 对于混合价态的物种可估算内部的电子 转移反应速率。
10.5电子光谱
• 金属配合物的电子光谱有三个主要来源： 1）内部配体的谱带； 2）仅仅与金属轨道有关的跃迁，如d-d跃迁 光谱 3）金属和配体之间的电荷迁移光谱
• 指认金属的氧化态并根据反应来鉴别新近发 现的体系的化学物种。
10.6圆二色性（CD)和磁圆二色光 谱（MCD)
• 圆二色性与左圆偏振光和右圆偏振光被光活 性物质样品吸收的差值相关。
• CD对检测和分辨电子跃迁很有用 • CD是检测生物大分子二级结构的有力工具可
从蛋白质的CD谱估算-螺旋，折叠以及其 他结构的数量。另外，CD谱能够用于跟踪多 肽中折叠-去折叠的转变，可用来检测核酸的 二级结构
技术 电子衍射 中子衍射 X射线衍射 UV光谱 可见光谱 红外光谱 EPR谱 NMR NQR 穆斯鲍尔谱 分子光束 实验分离异构体
时间 ≈10-20s ≈10-18s ≈10-18s ≈10-15s ≈10-14s ≈10-13s ≈10-4~10-9s ≈10-1~10-9s ≈10-1~10-8s ≈10-7s ≈10-6s >102s
第十章 生物无机化学研究中的 物理方法
• 10.1 时标评述 • 10.2 X射线方法 • 10.3 磁共振方法 • 10.4 穆斯鲍尔谱 • 10.5 电子光谱
• 为了在实验科学上取得进步，必须用恰当的 方法来研究感兴趣的问题
• 不需要掌握每一方法的技术原理
• 对目前生物无机化学常用的物理方法综述
• 通过控制实验来确定，生物样品置于高强度X辐照 下，样品的结构、生物活性、或化学性质都不变。 然后在测试酶样品在溶液中的活性
10.3磁共振方法
• 10.3.a 电子顺磁共振（EPR) • 要求：样品具有未成对电子，对于研究金属
蛋白是理想的 • Cu(II) ， Co(II) ， Fe(II) ， Mn(II) ， Mn(III) ，
• 可研究非晶体甚至溶液
• 对小分子配合物用EXAFS和单晶X射线射线衍射 两种方法研究比较可看出，对模型结构，拟合 EXAFS 数 据 得 到 的 几 何 结 构 信 息 的 可 靠 性 达 ±0.01Å
• 最早应用EXAFS谱获得成功的是属铁硫蛋白的红 氧还蛋白
• 金属生物高聚物的EXAFS测试结果，往往于对称 位置最精确，即第一配位层内相对重的元素 （Z>14)的金属离子所处的位置
• 生物有机化学则很少使用这些方法。
10.1 时标评述
电子和磁学现象是大部分波谱技术的基础， 波谱技术可用来监控生物中金属位置的化学 反应性。各种形式波谱的共同之处都是用给 定频率或频率范围的光辐照样品。光可被散 射或被吸收，其强度明显变化是这些物理方 法的基础，与光的波长相关联的光的频率可 用来估算时标，化学现象能够借助时标，用 给定的波谱方法来探测。
10.2.b X射线吸收光谱
• X射线被吸收后，能激发元素1s（K吸收 边）或2s、2p（L吸收边）的电子到空的 定域轨道，对能量更高的X光子还能激发 出连续光谱
• 通过检测X吸收边的能量，可确定待测金 属离子的氧化态
• 相邻原子通过背散射对X射线吸收能量谱 的调制，能获得广延X射线吸收精细结构 （EXAFS)，从中可得出金属配位几何构 型的细节
Mo(V) 以及{Fe2O}3+和{Fe4S4}+,3+金属原子簇。 • EPR谱可用于诸如铁氧还蛋白等含铁蛋白的
分离和纯化过程
• 对确定电子结构，以及电子结构对配位层组 成的和构型相关性很有价值
10.3.b核磁共振（NMR）
• 对于大分子结构的测定更为有效，可以获得有关 生物高分子及所结合的金属离子的三维结构的信 息，可得到距离和扭转角
• 顺磁金属离子具有相当快的电子自旋驰豫时间， 能够适于鉴别氨基酸侧链配体的位移NMR信号
• 无化学位移变幻的谱线宽化存在于Mn(II)和Gd(III) 的配位环境中，当这些金属取代了金属蛋白中的 Mg2+，Ca2+，Zn2+等反磁金属时，能够获得远处基 团的信息
• 顺磁过渡金属离子引起的谱线宽化对确定水对金 属酶活性位的亲和性也很有用