常压和高压条件下四种类胡萝卜素可见吸收光谱解析

常压和高压条件下四种类胡萝卜素可见吸收光谱

类胡萝卜素是自然界中仅次于叶绿素的第二大类光合作用色素,番茄红素、β-胡萝卜素、玉米黄素和叶黄素是600多种类胡萝卜素的典型代表。作为光合作用的辅助色素,既赋予各种生物绚丽的色彩,又具有光能传递和驱散过多光能以及稳定蛋白质结构等重要的生理学功能。类胡萝卜素的光保护和光捕获功能是通过它们较低能级激发态之间的能量传递实现的。本论文实验研究了四种类胡萝卜素在常压和高压条件下的吸收光谱,分析了吸收光谱实验新现象的物理机理,获得了一些创新性的研究成果。实验测量了常压条件下番茄红素在正己烷和二硫化碳溶剂中以及玉米黄素和叶黄素在二硫化碳溶剂中的吸收光谱。番茄红素在二硫化碳溶剂中吸收光谱的峰位和谱带与其在正己烷溶剂中的吸收光谱的峰位和谱带相比有明显的红移和展宽,这是因为二硫化碳溶剂的极化率大于正己烷溶剂的极化率,导致二硫化碳与番茄红素分子之间的色散相互作用大于正己烷与番茄红素分子之间的色散相互作用的结果。通过对二硫化碳溶剂中的番茄红素、β-胡萝卜素、玉米黄素和叶黄素吸收光谱的研究发现,造成四种类胡萝卜素的吸收光谱具有不同峰位的主要原因是它们的C=C共轭链具有不同的有效长度,而造成它们的吸收光谱具有不同带宽的主要原因则是它们具有不同数量的与共轭链相连的β-环,C=C共轭链的有效长度对吸收光谱带宽的影响很小。实验测量了高压条件下番茄红素在正己烷和二硫化碳溶剂中以及玉米黄素在二硫化碳溶剂中的吸收光谱,使用时域方程对实验数据进行了拟合。在0.2GPa到样品固化的压力范围内,0-0带的峰位红移随BP参数增大的线性关系可以用Bayliss理论解释。更低压力下的0-0带的峰位红移对线性关系的偏离归因于溶剂分子取向的无规分布。与β-胡萝卜素比较,二硫化碳溶剂中的番茄红素0-0带的峰位红移随BP参数增大的变化较慢,但在正己烷溶剂中两者的变化趋势近似相同。这是由于高压下β-环的扭转影响了溶质和溶剂分子之间色散相互作用,导致高压条件下番茄红素和β-胡萝卜素在不同溶剂中的峰位红移和带宽的不同变化。实验发现,在两种溶剂中,番茄红素吸收光谱的0-0与0-1振动带的峰位红移随压力升高的变化趋势近似相同,说明压力对S2态振动峰位的影响很小。在二硫化碳溶剂中,高压下玉米黄素0-0带的峰位红移和谱带展宽随BP 参数增大的变化均慢于β-胡萝卜素的相应变化,这是由于玉米黄素β-环的扭转变化强于β-胡萝卜素β-环的扭转变化的缘故。本论文的研究结果对于深入探讨类胡萝卜素的环境效应和生理功能具有重要意义。

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