二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品, 通过测定一系列扰动作用下的动态光谱, 结合数学相关分析, 获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。 该方法主要基于分子振动光谱, 将一维光谱扩展到二维空间, 能有效提高光谱分辨率, 从而识别原始光谱中重叠的分子振动变化特征, 为研究分子内及分子间的化学键变化提供依据, 在生物医学、 药学、 食品科学、 环境科学以及高分子材料等领域应用广泛。 自1986年Noda提出广义二维相关算法以来, 二维相关光谱衍生出了投影二维相关、 串联二维相关、 基于模型的二维相关、 异质谱二维相关、 移动窗口二维相关等算法。 随着近年来生物技术的迅速发展, 多肽、 蛋白质、 酶等蛋白类物质由于参与人体重要生理化学反应过程, 对其结构（尤其是高级构象）的分析是研究蛋白类物质质量及疗效的关键。 二维相关光谱方法为生物医药中蛋白类物质结构研究提供了快速、 无损的定性定量分析方法, 可分析蛋白质类物质高级结构中的细微变化, 为生物大分子药物机制机理研究提供有力的支撑。 综述了二维相关光谱技术的基本原理、 谱图解析方法和技术进展, 以及其在蛋白类物质分析中的应用方向和前景, 为相关领域研究人员应用二维相关光谱法开展蛋白类物质的结构和分子间相互作用等研究提供参考。

当前, 高昂的生产和使用成本限制了离子液体规模化应用, 如何回收再利用离子液体受到极大关注。 离子液体结晶过程对研发新型回收技术至关重要, 而降温速率对结晶过程有重要影响。 基于此, 以1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(［C12mim］［BF4］)为研究对象, 在60~0 ℃范围内对其进行快速(30 ℃·min-1)和慢速(1 ℃·min-1)降温, 采用偏光(POM)、 小角X射线散射(SAXS)和拉曼(Raman)等技术研究了该离子液体在降温过程中的相态转变和结构变化, 揭示了降温速率对其熔体结晶过程及产物影响规律。 POM研究表明: 在快速降温过程中, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变, 得到了晶粒数量少但尺寸较大的“球状”晶体; 在慢速降温过程中, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变, 得到了晶粒数量多但尺寸较小的“针状”晶体。 SAXS研究表明: ［C12mim］［BF4］存在两种晶体结构, 分别为“正交双层相”和“三斜双层相”, 且同时出现在“晶态Ⅰ”中, 而在“晶态Ⅱ”中只有“三斜双层相”一种晶体结构。 由此可知, “晶态Ⅰ”是混合相晶体, 而“晶态Ⅱ”是单一相晶体。 此外, 由Raman结果可知: “正交双层相”和“三斜双层相”中［C12mim］+构象存在较大差异, 分别为“G构象”和“A构象”。 综上所述, 快速降温时, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变过程, 得到了由“正交双层相”和“三斜双层相”组成的混合相晶体, 该晶体同时含有［C12mim］+的“G构象”和“A构象”。 慢速降温时, ［C12mim］［BF4］经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变过程, 得到了由“三斜双层相”组成的单一相晶体, 该晶体只含有［C12mim］+的“A构象”。 因此, 降温速率对［C12mim］［BF4］熔体结晶过程及产物具有重要影响。 该研究结果为［C12mim］［BF4］回收技术开发提供了重要实验数据, 同时对研究其他同类型离子液体的相态转变和结构变化具有指导意义。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)是生物体内重要的辅酶分子, 在细胞能量代谢中发挥着关键作用。 金属离子可以影响NADH所参与的酶促反应, 其中铝离子（Al3+）对神经系统具有毒性, 可以引发神经退行性疾病。 因此, Al3+和NADH分子间相互作用的研究有助于了解Al3+对生物体内TCA循环和酶促反应的影响, 具有重要的生物学意义。 本文采用紫外-可见吸收和稳态荧光光谱, 结合时间相关单光子计数技术(TCSPC), 研究了Al3+对水溶液中NADH的本征荧光光谱和分子构象变化的影响。 紫外-可见吸收光谱显示, NADH与Al3+的结合不会改变NADH分子腺嘌呤和烟酰胺两个本征发色团的吸收特性。 为避免NADH分子内两个本征发色团之间的荧光共振能量转移效应的影响, 采用340 nm作为激发波长, 比较了NADH与Al3+作用前后的荧光特性。 实验结果证实, Al3+可以与NADH焦磷酸盐桥上的两个氧原子相结合, 使NADH分子的结构变得相对更加刚性, 从而抑制NADH分子在溶液中的转动等非辐射过程, 导致NADH分子平均荧光寿命增加, 最终引起NADH分子荧光强度随Al3+浓度的增加而线性增强。 进一步, 采用NADH本征荧光寿命振幅比的研究方法表征了NADH分子在溶液中的两种主要构象形式: 腺嘌呤和烟酰胺相互堆积的折叠构象以及腺嘌呤和烟酰胺相互分离的展开构象。 研究发现, Al3+会打破溶液中NADH分子展开构象和折叠构象的平衡状态, 促使辅酶NADH分子的展开构象转变为折叠构象, 最终达到新的动态平衡, 并且当NADH和Al3+以不大于1∶2的浓度比结合时, NADH分子两种构象的振幅比与铝离子浓度的对数间存在线性关系, 在Al3+浓度检测等领域具有良好的应用前景。

冰毒作为一种新型毒品, 近年来泛滥速度不断加快, 社会危害日益突出, 对相关监管部门带来了严峻的挑战, 如何能够提供一种无损、 快速、 实时与准确的冰毒检测方法具有重要的实际意义和应用价值。 拉曼光谱是一种较为符合上述要求的新颖方法, 但由于冰毒分子构象上的不同会导致其拉曼光谱存在差异, 进而对冰毒现场实时的检测造成影响, 甚至产生误判, 并对毒品拉曼数据库的建立带来非常大的困难。 因此, 根据密度泛函理论, 采用Becke-3-Lee-Yang-Parr (B3LYP)杂化泛函方法在6-31G基组下分别以冰毒分子1, 2和3三个二面角为变量, 在0°～360°范围内, 以10°为步长做了势能面扫描, 取能量的极小值点从而获得12个不同的冰毒分子稳定构象, 在此基础上, 采用B3LYP方法6-31G++(d, p)基组选取其中4种能量较低的构象做进一步优化以及振动频率的计算, 并将最终得到的计算拉曼光谱与实验光谱进行比较, 结果表明: 构象上的差异使计算得到的冰毒拉曼光谱中746, 837和1 356 cm-1处的特征峰位置产生了不同程度的偏移, 而632, 1 003, 1 180和1 312 cm-1处的特征峰则基本不受构象影响, 因此, 在对可疑样品进行识别时上述不受构象影响的特征峰可以作为冰毒主要的特征峰来进行快速匹配, 而这种通过关键特征峰进行匹配的方法相比于传统的相关系数匹配算法显然更为快捷; 同时在选取的4种能量较低的构象中, 由构象Ⅸ计算得到的结果与实验值最为吻合, 于是在文中采用该结果并结合各振动频率的势能分布以及相关文献对冰毒实验拉曼特征峰进行了详细的归属。 其中, 1 003 cm-1为冰毒拉曼最强特征峰, 归属为苯环的环呼吸振动; 837 cm-1处特征峰归属为NH摇摆振动; 此外, 1 180 cm-1处的特征峰归属为C—N伸缩振动; 1 312 cm-1处则归属为CH2摇摆振动。 上述这些研究结果将为今后的毒品检测、 毒品拉曼数据库的建立以及药物分子拉曼光谱理论计算研究提供有益的参考。

压力是一个重要的物理参量, 通过调节物质内部分子、 原子间距离和相互作用力, 可以引起物质结构和构象变化。 正醇是一种最简单的羟基代替烷基链末端氢原子的有机物, 通过氢键和烷基链之间的作用力结合在一起, 被称为氢键液体。 氢键的键能较小, 在外部压力作用下, 氢键容易被压缩而断裂或网络重排, 从而导致晶体结构和对称性的改变, 对材料的性能产生重要影响。 正戊醇是一种短链正醇, 结构虽然简单, 却可以作为烷基链结构有机物的典型代表。 然而, 高压下正戊醇的性质研究较少, 尤其压力作用下其构象变化和氢键研究尚未见报道, 因此正戊醇高压研究有待进一步深入。 拉曼光谱和红外光谱是高压研究中常用的谱学测量技术, 能够原位探测压力作用下分子内部基团变化, 是研究结构、 构象和氢键作用的有效手段。 基于此, 利用金刚石对顶砧装置(DAC), 结合拉曼光谱和红外光谱, 在0～12.0 GPa压力范围对正戊醇进行了高压研究。 实验结果分三部分讨论: （1）研究了压力作用下正戊醇的结构相变行为。 压力在3.2 GPa时, 拉曼特征峰变锐变窄, 同时有特征峰劈裂和新特征峰出现的现象, 说明在该压力点发生一次液固相转变。 （2）揭示了正戊醇在高压下的构象变化。 正戊醇存在两种构象: 反式构象和扭曲构象。 通过分析两种构象特征峰随压力的变化, 发现正戊醇发生液固相转变的过程伴随有构象变化, 液态时以扭曲构象为主, 固态时以反式构象为主。 （3）探究了高压对正戊醇氢键的影响。 羟基的特征峰随压力的增加发生红移, 说明在加压过程中氢键作用增强。 伴随液固相变, 羟基特征峰劈裂成多个峰, 形成新的氢键网络或团簇, 且随压力的增加氢键网络或团簇逐渐增大, 说明氢键对压力非常敏感, 且对正戊醇晶体结构的稳定起着促进作用。 该研究不仅为正戊醇生产应用提供重要的指导作用, 同时为其他同类或复杂分子体系的物理和化学特性研究提供参考。

为了对玉米醇溶蛋白的改性研究及柠檬黄色素的安全使用评估提供理论依据，借助于荧光光谱法、紫外光谱法、全内反射-傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)自去卷积计算及核磁共振氢谱研究了人工合成色素柠檬黄对玉米醇溶蛋白构象的影响。结果表明，柠檬黄对玉米醇溶蛋白有明显的荧光猝灭作用，猝灭机理较复杂。柠檬黄可以与玉米醇溶蛋白结合，分子间主要以疏水作用力结合，利用Stern-Volmer方程和Vant Hoff 公式计算获得结合比为1∶1，结合常数Ka值较大。通过FTIR的自去卷积计算分析，这种结合反应导致玉米蛋白二级结构中α螺旋结构、β折叠和β转角均发生显著改变。核磁共振氢谱分析表明由于玉米醇溶蛋白具有两亲性，当溶剂为二甲基亚砜时，混合溶液为低极性环境，化学位移略向高磁场移动；当溶剂为重水D2O时，化学位移明显地向低磁场移动，而且这种作用与反应时间长短无关。进一步说明在极性和低极性的环境下柠檬黄都会引起玉米醇溶蛋白构象的改变。

辣根过氧化物酶(HRP)是广泛应用的一种生物催化剂, 其光照后HRP酶活性变化的机理还未见报道。 利用紫外-可见(UV-Vis)、 同步荧光、 圆二色(CD)光谱研究了光对HRP催化活性及酶活变化机制。 实验结果表明: 光照射HRP可促使其发生还原反应, 同时其催化活性会发生变化。 UV-Vis吸收光谱数据显示, 光照射后HRP的Soret带403 nm最大吸收峰红移、 Q带498 nm处氧化峰强度下降, 说明经光照射HRPFe(Ⅲ)被还原为HRPFe(Ⅱ)。 不同波长对光照还原影响程度为280 nm>254 nm>498 nm>403 nm; 酶活为403 nm>498 nm>254 nm>280 nm; 280 nm波长光照射下, Phe, Trp, Tyr和Cys四种游离氨基酸以及谷胱甘肽的加入均对光照还原有促进作用。 酶活性与光照还原程度紧密相关, 因Fe(Ⅱ)无法提供空轨道与H2O2配位, 所以光诱导Fe(Ⅲ)还原导致酶活下降。 同步荧光和圆二色光谱揭示了光照还原后HRP血红素的构象发生了变化, 构象的变化也是光诱导酶活变化的原因之一。 紫外光影响酶活性下降的因素为光照引发活性中心Fe(III)还原, 蛋白质构象变化的贡献。 研究结果对进一步了解光对含血红素蛋白(酶)结构和功能的影响有重要的理论和实际意义。

采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和振动圆二色谱仪(VCD)测量氧化槐果碱固体的红外光谱和振动圆二色谱。 采用密度泛函方法(DFT)分别在B3LYP/cc-PVTZ和B3LYP/6-311+G(d, p)水平下, 对气相中氧化槐果碱分子结构进行了优化, 然后在相同水平下计算了氧化槐果碱的红外光谱(IR)以及振动圆二色谱(VCD)。 将实验谱图与理论计算谱图进行对照, 以确定氧化槐果碱的实际构象以及构象分布。 由对比结果可知: 采用B3LYP/6-311+G(d,p)水平下, 以吉布斯自由能进行玻尔兹曼加权平均后的理论IR和VCD谱图与实际光谱图最为接近, 说明在常温下氧化槐果碱具有A/B-trans C/D-trans和A/B-trans C/D-cis两种优势构象, 且玻尔兹曼分布显示两种构象均以一定比例共存, 且通过对氧化槐果碱的两种优势构象分析, 发现A/B环的立体结构为: 椅式-椅式, C/D环的立体结构为: 椅式-沙发式。