亮氨酸与异亮氨酸的表面增强拉曼光谱_精品文档.pdf

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2007年第65卷化学学报Vol.65,2007第7期,640644ACTACHIMICASINICANo.7,640644*E-mail:

ReceivedAugust5,2006;revisedSeptember21,2006;acceptedDecember12,2006.西南大学校青年基金（No.2005008）和重庆市自然科学基金（No.2005BB5095）资助项目.研究论文亮氨酸与异亮氨酸的表面增强拉曼光谱周光明*虞丹尼黎司杨大成（西南大学化学化工学院重庆400715）摘要摘要报道了在蛋白质氨基酸中唯一一对异构体氨基酸亮氨酸和异亮氨酸的FT-拉曼光谱和在银胶基底上的表面增强拉曼光谱（SERS）.归属了各振动、增强峰位并分析了异构体氨基酸分子内不同振动模式引起的拉曼位移及其在不同pH值下SERS的变化.分子内不同的振动模式主要源于异构体氨基酸中一个甲基和主链的不同连接次序,表现在拉曼光谱;亮氨酸的甲基摇摆（CH3）和非对称变形as（CH3）在962,945,924和1454,1408cm1;异亮氨酸的（CH3）,as（CH3）在922和1448,1420,1394cm1.CCO,CC,HOH及骨架晶格振动峰位基本对应.饱和液态的拉曼光谱和SERS中,各基团振动峰位的差异表现得更为明显.初步推测了这对氨基酸异构体在银表面吸附状态的模型.关键词关键词亮氨酸;异亮氨酸;FT-拉曼;FT-SERS;pH值SurfaceEnhancedRamanSpectroscopyofLeucineandIsoleucineZHOU,Guang-Ming*YU,Dan-NiLI,SiYANG,Da-Cheng（SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SouthwestUniversity,Chongqing400715）AbstractFT-RamanandsurfaceenhancedRamanspectra（SERS）ofleucineandisoleucine,theonlyiso-merinproteinicaminoacids,onthesilvercolloidalsubstratearerecorded.Thevibrationalandenhancedpeaksareassigned;theRamanshiftsthatstemfromdifferentvibrationalmodelinthemolecularinnerstruc-ture,andthevariationsofSERSatdifferentpHvaluesareanalyzed.Onemethylsdifferentconnectiontothemainchainsoftheisomeraminoacidresultedindifferentvibrationalmodelininnermolecule,expressedinRamanspectra:

（CH3）andas（CH3）ofleucineareat962,945,924and1454,1408cm1,bythecom-paration,isoleucinesareat922and1448,1420,1394cm1.VibrationsinvolvedinCCO,CC,HOHandlatticevibrationmodeareidentical.InsaturatedsolutionsRamanspectraandSERS,allthedifferentshiftsareexpressedmoreclearlythanthoseinsolidstatesRamanspectra.Theadsorptionmodelsoftheisomeraminoacidonthesilversurfacearespeculated.Keywordsleucine;isoleucine;FT-Raman;FT-SERS;pHvalue傅立叶变换拉曼（FT-Raman）光谱技术因其采用近红外激光（1064nm）作为激发光源及干涉仪代替色散方法,能避开荧光干扰,减少对样品的光损伤和光化学效应的特点,可用来鉴定分子的化学官能团,但其灵敏度较低而限制了其应用.提高FT-Raman灵敏度的一个有效手段是把它与表面增强拉曼光谱（SERS）技术相结合.SERS的最大特点是样品分子被吸附在一些具有一定粗糙度的金属基底表面（如粗糙化的银电极,金,银胶等）,其拉曼散射信号可获得极大的增强（增强数量级在1061010）,同时淬灭荧光.因此,SERS有望成为一种高灵敏度的生物分子探测技术1.在20种基本蛋白质氨基酸中,亮氨酸与异亮氨酸同为带支链的氨基酸;也是唯一一对异构体氨基酸.前人已有不少关于应用Raman,SERS研究氨基酸的报道,No.7周光明等：

亮氨酸与异亮氨酸的表面增强拉曼光谱641包括单个氨基酸晶体结构及不同温度下结构变化的Raman光谱如亮氨酸2、蛋氨酸3;研究氨基酸与其它分子如硝酸4、硒酸5、高氯酸盐6等构成复杂配合物的Raman光谱变化及一些氨基酸的SERS如芳基氨基酸7等;Jenkins等8对拉曼光谱表征氨基酸作了概述,但未见对这一异构体作较为系统的研究.本文对比了它们的固态、饱和液态的普通拉曼光谱和在银胶基底上的SERS及其不同pH值下的SERS;归属分析了它们因分子内结构差异导致的不同振动模式而产生的不同拉曼位移;最后,依据SERS作用机理和规律,探讨了亮氨酸和异亮氨酸在银胶表面的吸附状态及其相互作用特点.初步提出了这两种氨基酸各自在银胶表面的吸附模型.对这一对蛋白质氨基酸中唯一一对同分异构体的研究,可以为拉曼光谱更深入研究氨基酸、多肽、蛋白质以及其它生物分子,提供十分重要的信息和有益的参考.1实验部分1.1仪器与试剂RFS-100/s型傅立叶变换拉曼光谱仪（德国Bruker公司）,Nd:

YAG激光光源（1064nm）,液氮冷却Ge检测器,激光强度分为50mW（用于固态样品,扫描80次）和150mW（用于液态样品,扫描200次）,光谱分辨率为4cm1.银胶的制备依据Lee9的方法用柠檬酸三钠还原硝酸银,呈灰色,放置一周而获得,室温下避光保存可稳定数周.日立H600型透射电镜表征银胶.银粒子平均粒径为（505）nm,大部成球体（图1）.图图1银胶的透射电镜图Figure1TEMofsilvercolloid亮氨酸和异亮氨酸（分析纯,成都凯泰新技术有限责任公司）,未经任何处理直接使用.1.2实验方法亮氨酸和异亮氨酸的固态及其饱和液样品分别装入拉曼样品池中,测得FT-Raman光谱.选用硝酸和氢氧化钠溶液（0.1molL1）调节银胶和样品体系的pH值.将1103molL1的亮氨酸和异亮氨酸溶液分别与银溶胶按11的体积比混合吸附,调节所需pH,分别测定FT-SERS.2结果与讨论2种异构体氨基酸在结构式上（图2）的差别表现为一个甲基（6号碳,C-6）和主链不同的连接次序,由此引发整个氨基酸链上相应基团和骨架的振动峰位的位移.这些振动峰位变化具体体现在亮氨酸和异亮氨酸的固态拉曼光谱（图3）、饱和液态拉曼光谱（图4）及银胶基底上不同pH条件下的SERS（图5和图6）.异构体的固态拉曼光谱中,各振动峰位归属见表12.图图2亮氨酸（a）和异亮氨酸（b）的结构式Figure2Structuralformulaofleucine（a）andisoleucine（b）图图3固态亮氨酸（a）和异亮氨酸（b）的拉曼光谱Figure3Ramanspectraofleucine（a）andisoleucine（b）insolidstate642化学学报Vol.65,2007表表1亮氨酸和异亮氨酸的拉曼位移及其归属aTable1RamanshiftsofleucineandisoleucineandassignmentsRamanshift/cm1TentativeassignmentLeucineIsoleucineLeucineIsoleucine2960（vs）,2933（vs）,2870（s）2945（vs）,2889（vs）（CH）（CH）2764（s）,2717（s）2758（w）（OHO）（OHO）1624（w）1620（w）,1512（w）as（3NH）as（3NH）1454（s）,1408（m）1448（m）,1420（w）,1394（w）as（CH3）as（CH3）1340（m）,1313（w）,1296（w）1354（m）,1327（m）（CH）,（NH）（CH）,（NH）1238（w）（COH）1186（w）,1128（w）1188（w）,1136（w）（CC）（CC）1080（w）1090（w）（CH3）（CH3）1030（w）1032（w）（HOH）（HOH）1003（w）（CN）（CH3）962（w）,945（w）,924（w）991（w）,966（w）,922（w）（CH3）（CH3）,（CC）847（m）,835（m）872（w）,853（m）,826（m）（CH2）（CH2）775（w）800（w）（CCO）（COH）669（w）768（m）,748（m）,710（w）（COO）（CCO）534（m）,457（m）,444（m）（COOH）（COO）403（w）,347（m）675（w）（CC）（COO）284（w）556（w）,536（m）,484（w）,424（w）（6-CH3）（COOH）172（w）,110（m）,87（m）388（w）,363（w）Latticevibrationmode（skelet.）284（w）（6-CH3）139（s）,85（s）LatticevibrationmodeaAbbreviations:

vs,verystrong;s,strong;m,medium;w,weak;b,broad;,stretching;,deformationorin-planebending;,torsion;,our-of-planebending;,wagging;,rocking;subscripts,symmetric;subscriptas,antisymmetric.图图4亮氨酸（a）和异亮氨酸（b）在饱和液态的拉曼光谱Figure4Ramanspectraofsaturatedsolutionsofleucine（a）andisoleucine（b）2.1亮氨酸和异亮氨酸的拉曼光谱固态亮氨酸和异亮氨酸的拉曼光谱中,对应基团振动峰位相差较大的有:

高强峰2960,2933和2870cm1来自亮氨酸（CH）,异亮氨酸的（CH）在2945和2889cm1.强峰位1454和1408cm1为亮氨酸的甲基非对称变形as（CH3）;异亮氨酸的as（CH3）在1448,1420和1394cm1.962,945和924cm1为亮氨酸CH3的摇摆图图5异亮氨酸在不同pH值的SERSFigure5SERSofisoleucineatdifferentpH（a）pH12;（b）pH9;（c）