化学探针答案.docx

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化学探针答案

化学探针答案

【篇一：

化学小分子探针在药物发现中的应用】

s=txt>仇文卫，汤杰

华东师范大学化学系、药物化学研究所

当今创新药物的发现越来越依赖于靶点的发现以及靶点与活性化合物作用模式的确定，化学小分子探针在这两方面的特出优越性使其成为药物化学的研究热点。

1、创新药物的发现、靶点与化学小分子探针

药物可以挽救生命、治疗疾病、改善健康状况、缓解痛苦和各种不适，因此，可以说药物改变着我们的生活，也影响着整个世界。

然而，目前开发新药的费用平均每个高达数亿美元，尽管投入如此之高，从研发到上市仍约需10-12年之久（图1）。

因此新药研发迫切需要新技术、新理论，以提高效率、缩短周期。

2～3年

2～3年2～3年

计算机药物设计年

周期长：

10～12年耗资达：

3.5～5.5亿美元

图1.新药研发过程

现代药物的发现过程主要包括靶点（target）的识别、先导物的发现、结构优化、临床前及临床试验等阶段，其中正确的靶点识别是影响整个过程的关键步骤

之一。

靶点也称为受体（receptor），是指与药物分子在体内相互作用的功能性大分子，通常是某种蛋白质（绝大部分靶点是蛋白质）、核酸、离子通道或dna等。

药物分子在体内作用于靶点的特定部位，形成复合物，从而诱发生物化学及生理学上的变化，产生药物效应，达到治疗疾病的目的。

若能发现这些靶点，就可以在此基础上建立相应的筛选模型，对活性化合物进行高效率的活性评价。

从而促进先导物发现和结构优化的进程。

可见，现今药物的发现已越来越依赖于药物靶点的发现。

那么如何解决药物靶点的发现问题呢？

虽然，生命科学领域的研究近年来取得了巨大成就，2001年人类基因组工程的完成更是一个里程碑式的进步。

然而，何种蛋白质是针对某种疾病的小分子药物的靶点，在目前基因水平上的生物技术仍然无法解决。

随着后基因时代的到来，人们逐渐认识到蛋白质才是生理功能的执行者，也是生命现象的直接体现者。

这其中有可能蕴藏着开发疾病诊断方法和新药的“钥匙”，在基因组学基础上开展蛋白质组学研究将有可能导致药物开发方面的实质性突破。

因此针对药物发现的技术重心已经由基因组转向了蛋白质组。

利用化学小分子的多样性，选择适当的活性小分子，设计合成能够高选择性地探测蛋白质的功能、结构以及与活性小分子作用模式的探针——化学小分子探针，可以为重大疾病的诊断和防治提供新的标记物、新的药物作用靶点和新的先导结构，从而为创新药物的发现奠定基础。

在药物发现过程中，化学小分子探针主要有以下几个方面的作用（图2）：

1.针对靶点已知的有药理活性的化合物，可以进行以下三个方面的研究：

（1）了解药物分子与靶点作用部位的结构信息，为进一步的结构改造提供帮助；

（2）利用探针分子研究靶点蛋白在生理与病理状态下的分布情况，深入研究蛋白质的功能；（3）利用探针分子进行细胞或体内的标记实验，可能会发现一些与活性化合物有交叉作用的靶点蛋白，从而为已知的小分子药物可能产生的毒副作用提供预测。

2.对于体内作用靶点未知，有药理活性的化合物，特别是来自天然产物的活性化合物，可以将其设计成探针分子，通过对细胞或动物的标记实验来发现其体内的作用靶点，建立新靶点的筛选模型，为先导物的结构优化服务。

图2.化学小分子探针在药物靶点鉴别及靶点蛋白活性位点结构信息研究中

的作用示意图

2.化学小分子探针的设计

探针分子一般是以其母体化合物（最初的活性化合物）为基础，根据初步的构效关系设计合成的。

设计的探针分子应具有适当的活性，与靶点的作用机制应与母体化合物保持一致，在不影响其活性的条件下，选择在活性分子的适宜位臵引入各个功能部位。

活性化合物与靶点的作用方式主要有两种：

一是活性化合物中含有某些反应基团，可以与靶点蛋白的活性部位发生反应形成共价键，因此这种结合非常稳定，是不可逆的；另一种是活性化合物与靶点蛋白通过离子键、偶极-偶极相互作用、范德华力、氢键等分子间引力相互吸引，形成复合物，这种作用相对较弱、不稳定，是可逆的。

2.1abpp及pal-abpp化学小分子探针及其功能部位

针对能与靶点蛋白形成共价作用的活性化合物设计的探针分子一般包括四个功能部位：

结合基团（bindinggroup,bg），反应基团（reactivegroup,rg）、连接部位（linkerunit）、报告基团（reportergroup）通常也称标签（tag）。

由于此类探针分子主要用于包括靶点发现在内的蛋白质功能的研究，是一种活性基于蛋白谱技术（activity-basedproteinprofiling,abpp）的探针分子，因此人们将这种探针分子称为abpp探针分子（图3a）。

结合基团/反应基团

a:

靶点蛋白

标记（共价连接）b:

靶点蛋白探针分子进入活性位点紫外光照射标记（共价连接）

图3.abpp及pal-abpp探针分子标记靶点蛋白

针对不能与靶点形成共价键，只能通过离子键、偶极-偶极相互作用、范德华力、氢键等分子间引力形成复合物，这种作用相对较弱、不稳定，是可逆的，因此就需要引入光亲和标记基团（photoaffinitylabelinggroup,pal），其作用类似于反应基团。

在探针分子与靶点蛋白形成复合物后经紫外光照射，光亲和标记基团分解产生很活泼的反应中间体卡宾，将探针分子标记（共价修饰）在靶点蛋白的活性部位，这种探针分子可称为pal-abpp探针分子，也包括四个功能部位：

结合基团、光亲和标记基团、链接部位、报告基团（图3b）。

2.2结合基团

结合基团（bg）是探针分子最重要的部分，理想情况下它必须将探针分子特异性的导向处于功能状态下的靶点蛋白的活性位点，使探针分子与靶点作用，而不与环境中的其他生物分子作用。

2.3反应基团

反应基团（rg）的作用是在探针分子进入靶点蛋白活性中心后，通过反应将

探针分子共价修饰在靶点蛋白的活性中心，使探针分子与蛋白质的牢固连接。

2.4光亲和标记基团

光亲和标记基团可以在紫外光照射下将探针分子共价修饰在靶点蛋白上。

通常被引入的光亲和基团包括苯基叠氮类（phenylazides）、三氟甲基苯基双吖丙啶类（trifluoromethylphenyldiazirine）、二苯甲酮类（benzophenone）等（图4）。

n3

紫外光（254nm）rh

苯基叠氮高活性单线态氮卡宾hnr

n3紫外光（365nm）cf3rhhcf3

三氟甲基苯基双吖丙啶

二苯甲酮

r=生物功能分子（蛋白质）~350nmphhvo.rchphroh

图4.各种光亲和标记基团的标记反应

三者之中，三氟甲基苯基双吖丙啶是最接近理想的光亲和基团。

2.6连接部位

连接部位是连接结合基团、反应基团与报告基团的一段柔性的链状结构，它有以下两个方面的作用：

在活性基团与报告基团间制造足够的空间，以避免探针分子立体结构的拥挤而保持分子活性及提高标记的效率；链接基团可以是一段直链烷烃链或多聚乙二醇链，前者有利于提高探针分子的疏水性而有利于其透过细胞膜，后者对于疏水性的探针分子来说可以增强其水溶性。

2.7报告基团

报告基团（tag）的作用是方便人们简单快速的识别或纯化被标记的蛋白。

最常用的报告基团有荧光基团（fluorescencegroup）及生物素（biotin）等。

荧光素如rhodamine、fam、fitc、bodipy、cy3、cy5等具有灵敏性高的特点，同时可以利用现代质谱技术定量检测标记蛋白。

生物素（biotin）由于其与avidin蛋白

【篇二：

测试方法分章思考题（答案版）】

txt>第一章

1.x射线的产生p3

答：

实验室中用的x射线通常由x射线机产生，阴极灯丝产生电子，经过加速轰击阳极靶，一部分能量转化为x射线，大部分能量转化为热能。

2.x射线谱有哪两种类型？

何谓k?

射线？

何谓k?

射线？

为什么k?

射线中包含k?

1和k?

2？

p7-p8

答：

x射线谱有连续x射线和特征x射线两种。

按照原子结构的壳层模型，院子中的电子分布在以原子核为核心的若干壳层中，光谱学依次称为k、l、m、n...壳层。

l→k的跃迁产生的射线称为k?

射线。

m→k的跃迁产生的射线称为k?

射线。

l壳层能级实际上由三个子能级构成，由l3和l2子能级向k能级跃迁产生的射线分别为k?

1和k?

2。

3.晶体对x射线的散射有哪两类？

x射线衍射用的是哪一类？

p10

答：

x射线的散射分为相干散射和不相干散射两类。

x射线衍射用的是相干散射。

4.布拉格方程的表达式、阐明的问题以及所讨论的问题.p23

3、原子面对x射线的衍射并不是任意的，而是具有选择性的。

4、一种晶体结构对应独特的衍射花样。

5.粉晶x射线衍射卡片检索手册的基本类型有哪几种？

每种手册的编排特点是什么？

p66-p67

答：

索引共有三种：

字顺索引（alphabeticalindex）；哈那瓦特法（hanawaltmethod）；

芬克索引法（finkindex）.

字顺索引是按照物质的英文名称的字母顺字排列的，每种物质名称后面列出其化学分子式，三根最强线d值和相对强度数据，以及该物质的pdf卡片号码；

哈那瓦特法是按照强弱顺序列出八条强线的面间距d、相对强度、化学式以及卡片序号。

由于三根最强线的相对强度常常因为各种原因有所变动，所以每种物质在索引中三强线以类似（d1d2d3）（d2d3d1）（d3d1d2）的顺序重复出现，这样，即使三强线的相对强度有所变动，仍可找出该物质。

芬克索引法主要以八根最强线的d值作为分析依据，而把强度数据作为次要依据。

依据d值的递减次序列出该物质的八条最强线的d值、英文名称、卡片序号以及微缩胶片号。

6.x射线粉末衍射法物相定性分析依据p63

一、x射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小，即决定于各晶面的面间距，而衍射线的相对强度则决定于晶胞内原子的种类、数目及排列方式。

每种晶态物质都有特定的结构，因而就有其独特的衍射花样。

二、当试样中包含两种或者两种以上的结晶物质时，他们的衍射花样会同时出现，而不会互相干涉。

于是当我们分析试样的衍射花样时，发现与某种结晶物质相同的衍射花样时，就可断定试样中包含有这种结晶物质。

三、国际衍射协会制定了标准的pdf卡片。

7.物相定性分析步骤p67-p68

一、粉末衍射图的获得；

二、衍射线d值的测定；

三、衍射线相对强度的测定；

四、查阅索引；

五、核对卡片。

8.对一张混合物相的x射线衍射图进行定性分析时，应注意哪几个问题？

p69

一、d值的数据比相对强度的数据重要。

d值必须当相当符合，一般要到小数点后两位才允许有误差；

二、低角度区域的衍射数据比高角度区域的数据重要。

低角度衍射线对应d值较大晶面，对于不同晶体来说，差别加大，重叠机会较少，不易相互干扰。

高

角度的衍射线对应d值较小的晶面，对于不同晶体来说，晶面间距相近机会多，容易混淆；

三、了解样品的参数；

四、强线比弱线重要；

五、晶体择优取向时会使某根线条强度异常强或者弱

六、进行多相分析时，重视矿物的特征线，每条线要找到出处；

七、尽量将x射线物相分析与其他分析方法结合起来；

八、要确定试样中含量较少的相时，可用物理或者化学方法进行富集浓缩；

10.系统消光？

产生衍射的条件？

p29-p31

答：

由于fhkl=0使衍射线消光的现象叫做系统消光。

满足布拉格方程fhkl≠0是产生衍射现象的充分条件。

第二章

电子透镜的分辨本领受到衍射效应、球差、色差、轴上像散等因素的影响。

2.透射电子显微镜的成像原理是什么，为什么必须小孔径成像？

p105-p107

答：

透射电镜成像原理：

电子枪产生的电子束经1-2级聚光镜会聚后均匀照射到试样上的某一待观察的微小区域，入射电子与试样物质相互作用，由于试样很薄，绝大部分电子穿透试样，其强度分布与所观察试样区的形貌、组织、结构一一对应，透射出的电子经物镜、中间镜、投影镜的三级磁透镜放大投射在观察图形的荧光屏上，荧光屏把电子强度分布转变为人眼可见的光强分布，于是在荧光屏上显示出与试样形貌、组织、结构相对应的图像。

球差是电子显微镜的主要像差之一，球球差弥散圆半径正比于透镜孔径半角的3次方，色差与轴上像散形成的最小弥散圆半径均与孔径半角成正

比，减小孔径即可减小透镜孔径半角，可以提高透镜分辨本领。

3.扫描电子显微镜的工作原理是什么？

p145

答：

电子枪发射电子，经会聚称为微细电子束，在扫描线圈驱动下，在试样表面扫描，于试样相互作用，产生二次电子，二次电子信号被探测器收集转换为电讯号，经视频放大后，输入到显像管，得到反映试样表面的二次电子像。

4.与光学显微镜和透射电子显微镜比较扫描电镜有哪些优点？

p145

一、扫描电镜制样简单，可以对大块材料直接观察；

二、场深大可以用于粗糙表面和断口的分析；

三、放大倍数变化范围大；

四、分辨率较高；

五、可以进行固体材料表面与界面分析；

六、可以通过电子学方法有效控制和改善图像质量；

七、配接其他仪器可以进行其他功能的分析；

八、可使用加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验；

5.电子探针x射线显微分析仪有哪些工作模式，能谱仪的特点是什么？

p165答：

一是定点分析，即对样品表面选定微区作定点的全谱扫描，进行定性或半定量分析，并对其所含元素的质量分数进行定量分析；

二是线扫描分析，即电子束沿样品表面选定的直线轨迹进行所含元素质量分数的定性或半定量分析；

三是面扫描分析，即电子束在样品表面作光栅式面扫描，以特定元素的x射线的信号强度调制阴极射线管荧光屏的亮度，获得该元素质量分数分布的扫描图像。

能谱仪特点：

1、分析速度快；2、分辨率低；3、峰背底小，分析困难；4、分析范围从11-92（na-v）元素；5、可低倍扫描，大视域元素分布图；6、样品污染小；7、可以进行粗糙表面分析；8、不受聚焦圆限制，样品位置可以起伏2-3mm；9、探测器在液氮下保存，维护费用高。

6.透射电子显微镜的电子显微图像包括哪几种类型？

主要用来观察什么？

产生机制是什么？

p122，p137-141

答：

主要包括质厚衬度、衍射衬度、相位衬度

质厚衬度：

观察表面形貌；产生机制：

由于试样各部分的密度和厚度不同形成的透射强度的差异；

衍射衬度：

观察缺陷；产生机制：

由于晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同形成的衍射强度的差异；

相位衬度：

观察晶格像和原子投影位置的结构像；产生机制：

入射电子收到试样原子散射，得到透射波和散射波，两者振幅接近，强度差很小，两者之间引入相位差，使得透射波和合成波振幅产生较大差异，从而产生衬度。

7.何谓明场象？

何谓暗场象?

p137

答：

用透射束形成的电子图像最为清晰，明锐，称为明场像（bf）；

用衍射束形成的电子图像称为暗场像（df）。

8.何谓二次电子？

扫描电镜中二次电子像的衬度与什么因素有关?

为什么？

最适宜观察什么？

p154-155

答：

二次电子是单电子激发过程中被入射电子轰出的试样原子核外电子；

二次电子像的衬度与试样表面的倾角有关；

试样表面凸出处有较大的二次电子发射电流；

最适宜用于粗糙表面以及断口的形貌观察；

9.何谓背散射电子？

扫描电镜中背散射电子衬度与什么因素有关？

为什么？

最适宜观察什么？

p151-p153

答：

背散射电子是有由样品反射回来的初次电子；

其电子衬度与试样表面倾角以及试样的原子序数有关；

背散射电子是初次电子与试样原子发生非弹性碰撞，反射回来的电子，因而试样原子序数越大，其产生的背散射电子越多。

同时背散射电子产生于试样表面，试样表面倾角的改变对作用体积影响很大，在试样倾斜及凸出处有较大的发射量。

最适合分析形貌，可以显示原子序数衬度，定性进行分析

10.扫描电镜中二次电子像为什么比背散射电子像的分辨率更高？

【篇三：

第十五章习题答案final】

和透射电镜配合进行组织结构与微区化学成分的同位分析?

答：

相同点：

①镜筒及样品室无本质差别。

②原理相同。

利用电子束轰击固体样本产生的信号进行分析。

不同点：

①检测信号类型不同。

电子探针检测的是特征x射线，扫描电镜检测的是二次电子和背散

电子。

②用途不同。

电子探针得到的是元素种类和含量，用于成分分析；扫描电镜主要用于形貌

分析。

透射电镜成像操作用来组织观察，通过选取衍射操作用来分析选定区域的晶体结构，结合电子探针可分析选定区域的微区化化学成分，这样组织结构与微区化化学成分做到同位分析。

扫描电镜用于形貌观察，结合电子探针可分析选定区域的微区化化学成分，这样形貌与微区化化学成分做到同位分析。

2、波谱仪和能谱仪各有什么优缺点?

答：

能谱仪：

①能谱仪分辨率比波谱仪低，能谱仪给出的波峰比较宽，容易重叠。

在一般情况下，si（li）

检测器的能量分辨率约为160ev，而波谱仪的能量分辨率可达5-10ev。

②能谱仪中因si（li）检测器的铍窗口限制了超轻元素x射线的测量，因此它只能分析原

子系数大于11的元素，而波谱仪可测定原子序数4-92之间所有的元素。

③能谱仪的si（li）探头必须保持在低温状态，因此必须时时用液氮冷却。

波谱仪：

①波谱仪由于通过分光体衍射，探测x射线效率低，因而灵敏度低。

②波谱仪只能逐个测量每种元素的特征波长。

③波谱仪结构复杂。

④波谱仪对样品表面要求较高

3、直进式波谱仪和回转式波谱仪各有什么特点？

4、要分析钢中碳化物成分和基体中碳含量,应选用哪种电子探针仪？

为什么？

答：

分析钢中碳化物成分可用能谱仪（不分析原子序数少于11的元素）。

能谱仪探测x射线的效率高。

其灵敏度比波谱仪高约一个数量级。

说明碳化物量少也能分析。

在同一时间对分析点内所有元素x射线光子的能量进行测定和计数，在几分钟内可得到定性分析结果，而波谱仪只能逐个测量每种元素特征波长。

分析基体中碳含量可用波谱仪，这是因为能谱仪中因si（li）检测器的铍窗口限制了超轻元素的测量，因此它只能分析原子序数大于11的元素；而波谱仪可测定原子序数从4到92间的所有元素。

5、要在观察断口形貌的同时，分析断口上粒状夹杂物的化学成分，选用什么仪器？

用怎样的操作方式进行具体分析？

答：

在观察断口形貌的同时，分析断口上粒状夹杂物的化学成分，选用能谱仪来分析其化学成分。

先用扫描电镜观察其断口形貌，找到断口上粒状夹杂物，选用能谱仪进行成分点分析。

6、举例说明电子探针的三种工作方式（点、线、面）在显微成分分析中的应用。

答：

（1）定点分析：

将电子束固定在要分析的微区上用波谱仪分析时，改变分光晶体和探测器的位置，即可得到分析点的x射线谱线；用能谱仪分析时，几分钟内即可直接从荧光屏（或计算机）上得到微区内全部元素的谱线。

如需分析zro2（y2o3）陶瓷析出相与基体含量成分高低，用定点分析几分钟便可得到结果。

（2）线分析：

将谱仪（波、能）固定在所要测量的某一元素特征x射线信号（波长或能量）的

位置把电子束沿着指定的方向作直线轨迹扫描，便可得到这一元素沿直线的浓度分布情况。

改变位置可得到另一元素的浓度分布情况。

如需分析baf2晶界上元素的分布情况，只需进行线扫描分析即可方便知道其分布。

（3）面分析：

电子束在样品表面作光栅扫描，将谱仪（波、能）固定在所要测量的某一元素特征x射线信号（波长或能量）的位置，此时，在荧光屏上得到该元素的面分布图像。

改变位置可得到另一元素的浓度分布情况。

如需分析bi元素在zno-bi2o3陶瓷烧结表面的面分布，只需将谱仪固定在接受其元素特征x射线信号的位置上，即可得到其面分布图像。

一、选择题

1、扫描电子显微镜配备的成分分析附件中最常见的仪器是（b）。

a.波谱仪；b.能谱仪；c.俄歇电子谱仪；d.特征电子能量损失谱。

2、波谱仪与能谱仪相比，能谱仪最大的优点是（a）。

a.快速高效；b.精度高；c.没有机械传动部件；d.价格便宜。

3、要分析基体中碳含量，一般应选用（a）电子探针仪，

a.波谱仪型b、能谱仪型

二、判断题

1、波谱仪是逐一接收元素的特征波长进行成分分析；能谱仪是同时接收所有元素的特征x射线进行成分分析的。

（√）

三、填空题

1、电子探针的功能主要是进行微区成分分析。

2、电子探针的信号检测系统是x射线谱仪，用来测定特征波长的谱仪叫做波谱仪。

用来测定x射线特征能量的谱仪叫做能量分散谱仪。

3、电子探针仪的分析方法有定性分析和定量分析。

其中定性分析包括定点分析、线分析、面分析。

4、电子探针包括能谱仪和波谱仪两种仪器。

四、名词解释

1、波谱仪：

电子探针的信号检测系统是x射线谱仪，用来测定x射线特征波长的谱仪叫做波长分散谱仪。

2、能谱仪：

电子探针的信号检测系统是x射线谱仪，用来测定x射线特征能量的谱仪叫做能量分散谱仪。

五、问答题

1、和波谱仪相比，能谱仪在分析微区化学成分时有哪些优缺点？

答：

能谱仪全称为能量分散谱仪（eds），波谱仪全称为波长分散谱仪（wds）。

si（li）能谱仪的优点：

（1）分析速度快

能谱仪可以同时接受和检测所有不同能量的x射线光子信号，故可在几分钟内分析和确定样品中含有的所有元素。

（2）灵敏度高

x射线收集立体角大，由于能谱仪中si（li）探头可以放在离发射源很近的地方（10㎝左右），无需经过晶体衍射，信号强度几乎没有损失，所以灵敏度高。

此外，能谱仪可在低入射电子束流条件下工作，这有利于提高分析的空间分辨率。

（3）谱线重复性好

由于能谱仪结构比波谱仪简单，没有机械传动部分，因此稳定性和重复性好。

（4）对样品表面没有特殊要求

能谱仪不必聚焦，因此对样品表面没有特殊要求，适合于粗糙表面的分析工作。

能谱仪的缺点：

（1）能量分辨率低峰背比低。

由于能谱仪的探头直接对着样品，所以由背散射电子或x射线所激发产生的荧光x射线信号也被同时检测到，从而使得si（li）检测器检测到的特征谱线在强度提高的同时，背底也相应提高,谱线的重叠现象严重。

故仪器分辨不同能量特征x射线的能力变差。

能谱仪的能量分辨率（160ev）比波谱仪的能量分辨率（5ev）低。

（2）分析元素范围限制

带铍窗口的探测器可探测的元素范围为11na~92u，而波谱仪可测定原子序数从4-92之间的所有元素。

（3）工作条件要求严格

si（li）探头必须始终保持在液氦冷却的低温状态，即使是在不工作时也不能中断，否则晶体内li的浓度分布状态就会因扩散而变化，导致探头功能下降甚至完全被破坏。