同步辐射中的振动散射能谱学 原理及其在生物化学研究中的应用
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作者周朝晖,王宏欣
出版社科学出版社
ISBN9787030724328
出版时间2022-06
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定价168元
货号1202663975
上书时间2024-06-08
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目录
第1章 同步辐射：知微知彰的现代光源 1
1.1 同步辐射：第四代人造光源 1
1.2 同步辐射的主要特性 3
1.3 同步辐射的工作原理 6
1.3.1 同步辐射的基本原理 6
1.3.2 同步辐射装置的性能参数 8
1.3.3 同步辐射装置的工程参数 13
1.4 同步辐射光源的基本构造 15
1.4.1 同步辐射环 15
1.4.2 插入件 17
1.4.3 光束线 19
1.5 同步辐射光源的历史和现状 22
1.5.1 代同步辐射光源 22
1.5.2 第二代同步辐射光源 23
1.5.3 第三代同步辐射光源 23
1.6 同步辐射的应用简介 25
1.6.1 形貌学应用 25
1.6.2 晶体学应用 26
1.6.3 能谱学应用 28
1.6.4 工艺学应用 28
参考资料 29
第2章 X-射线能谱学：原理与测量 30
2.1 能谱学基础：极简量子力学一览 30
2.1.1 量子力学的发展简史 30
2.1.2 薛定谔方程和一维势阱 31
2.1.3 氢原子和类氢离子 33
2.1.4 量子数和电子云 33
2.1.5 量子系统的微扰 34
2.2 X-射线能谱学的简介 35
2.2.1 X-射线与原子的相互作用 35
2.2.2 跃迁的量子力学解释 36
2.2.3 硬 X-射线吸收能谱学 37
2.2.4 软 X-射线吸收能谱学 39
2.2.5 X-射线荧光能谱学 40
2.2.6 其他类型的 X-射线能谱学 42
2.3 X-射线的基本探测方法 42
2.3.1 透射测量 42
2.3.2 间接测量 43
2.4 探测微弱信号：大海捞针的艺术 44
2.4.1 选择性：大海捞针的关键 45
2.4.2 统计性：信号量的重要性 46
2.4.3 信噪比：鉴定信号的真伪 47
2.5 X-射线的荧光探测方法 48
2.5.1 从能量上进行分辨的测量 49
2.5.2 X-荧光探测器简介 50
2.5.3 从时间上进行分辨的测量 52
2.6 X-射线探测的核电子学 52
2.6.1 能谱信号的分辨与分离 53
2.6.2 整形放大 54
2.6.3 滤波 55
2.6.4 能量甄别 55
2.6.5 时间甄别 57
2.6.6 模数转换和数字信号处理器 58
参考资料 59
第3章 X-射线振动散射能谱学 63
3.1 X-射线散射能谱学的基本概念 63
3.1.1 理解 X-射线的散射过程 63
3.1.2 非共振的非弹性散射 64
3.1.3 共振型的非弹性散射 64
3.1.4 测量 X-射线散射：分光能谱仪 66
3.2 测量振动：从中子散射说起 68
3.2.1 中子的非弹性散射谱学 68
3.2.2 中子散射的局限性 69
3.3 X-射线振动散射能谱学的起源 70
3.3.1 振动的能量和 X-射线的能量 70
3.3.2 X-射线振动散射能谱学的建立 71
3.3.3 X-射线振动散射能谱学的名称 73
3.3.4 X-射线振动散射能谱学的优势 73
3.4 X-射线振动散射能谱学的原理 75
3.4.1 X-射线非弹性散射的散射截面 75
3.4.2 一维原子链的晶格振动问题 77
3.4.3 声学波和光学波 79
3.4.4 传播中的横波和纵波 81
3.5 X-射线振动散射能谱学实验 82
3.5.1 IXS 实验对于光源的要求 82
3.5.2 IXS 实验对于探测系统的要求 86
3.5.3 样品的测量环境 89
3.6 X-射线振动散射谱图的分析 91
3.6.1 从原始数据求取纯的 IXS 散射谱 91
3.6.2 从晶格振动原理解读 IXS 散射谱 93
参考资料 95
第4章 核共振振动散射能谱学 98
4.1 核散射：从穆斯堡尔谱学说起 99
4.1.1 X-射线的核散射和电子散射 99
4.1.2 穆斯堡尔谱学原理 101
4.1.3 穆斯堡尔谱学实验 104
4.2 核共振振动散射能谱学的建立 105
4.2.1 核共振振动能谱学的起源 105
4.2.2 核共振振动能谱学的名称 106
4.2.3 核共振振动能谱学的现状 106
4.3 核共振振动散射能谱学的原理 107
4.3.1 核共振散射的散射强度 107
4.3.2 振动的核散射和选律 107
4.3.3 核共振振动散射能谱学的优越性 108
4.4 核共振振动散射能谱学的实验 110
4.4.1 核振散射实验对单色器的要求 110
4.4.2 同步辐射脉冲的时间结构 113
4.4.3 核振散射实验对探测系统的要求 115
4.4.4 测量核振散射的核电子学 118
4.4.5 样品的测量环境 121
4.4.6 核振谱学的测量流程 124
4.5 几条核共振振动散射谱学的束线 125
4.5.1 美国APS的03ID束线 127
4.5.2 日本SPring-8的BL09XU束线 129
4.5.3 日本SPring-8的BL19LXU束线 130
4.5.4 其他的核振散射束线 131
4.6 核共振振动散射能谱的分析 133
4.6.1 求取能态密度函数 PVDOS 133
4.6.2 用简正模态分析进行拟合计算 134
4.6.3 用密度泛函理论进行拟合计算 135
参考资料 139
第5章 研究的样品：生物化学基础知识 143
5.1 生物分子的组分和结构 144
5.1.1 氨基酸 144
5.1.2 肽 146
5.1.3 蛋白质 147
5.1.4 核酸 148
5.2 酶和酶的催化动力学原理 149
5.2.1 酶：具有催化功能的蛋白质 149
5.2.2 酶的催化动力学 150
5.2.3 酶的催化机理 151
5.2.4 酶的应用和提纯 152
5.3 含金属的酶和生物金属中心 154
5.4 配位化合物和配位化学 158
5.4.1 对生物金属中心的化学模拟 158
5.4.2 配位化合物的概述 158
5.4.3 配位化合物的构型 161
5.4.4 配位化合物的理论 162
5.5 金属酶的现代谱学研究 163
5.5.1 实验室谱学的运用和研究 163
5.5.2 同步辐射谱学的运用和研究 165
参考资料 167
第6章 研究的问题：分子的振动和结构 169
6.1 双原子分子：最简单的振子 171
6.1.1 谐振子模型 171
6.1.2 选律 172
6.1.3 非谐振修正 173
6.2 多原子分子：由简到繁 175
6.2.1 简正振动 175
6.2.2 选律 177
6.2.3 杂化轨道和特征谱线 178
6.3 金属–配体的振动谱学 181
6.3.1 金属–配体的振动能量范围 181
6.3.2 金属–配体的全部振动模态 183
6.4 振动谱学的实验测量方法 186
6.4.1 红外吸收光谱学的测量 186
6.4.2 测量远红外谱学的困难 188
6.4.3 拉曼散射谱学的介绍 189
6.4.4 拉曼散射谱学的测量 192
6.4.5 激光光致荧光光谱学 193
6.4.6 选用核振散射能谱学 194
参考资料 196
第7章 核振散射：对简单铁蛋白的研究 197
7.1 分析最简单的铁配合物 197
7.2 对玉红氧还蛋白的研究 199
7.2.1 什么是玉红氧还蛋白？ 199
7.2.2 核振散射能谱图的概述 201
7.2.3 对比拉曼散射光谱 203
7.2.4 拟合氧化态的核振谱图 205
7.2.5 拟合还原态的核振谱图 207
7.2.6 对力常数的一些讨论 208
7.3 晶体与溶液的核振散射谱图 210
7.4 对铁硫蛋白的核振散射研究 211
7.4.1 什么是铁硫蛋白？ 211
7.4.2 对 Fe2S2 簇的研究 213
7.4.3 对 Fe4S4 簇的研究 214
7.4.4 对 Fe3S4 簇的研究 215
7.5 对肌红蛋白的核振散射研究 216
7.6 对单铁氢酶的核振散射研究 219
7.6.1 什么是单铁氢酶？ 219
7.6.2 单铁氢酶谱图的初探 221
7.6.3 模型配合物的研究 222
7.6.4 单铁氢酶谱图的理论拟合 224
7.6.5 不同酸碱度对核振谱图的影响 227
参考资料 227
第8章 核振散射：对固氮酶的探索 230
8.1 有关固氮酶的基本概念 230
8.2 固氮酶的结构和催化机理 232
8.2.1 铁钼辅基的结构解析 232
8.2.2 铁钼辅基的络合方式 234
8.2.3 铁钼辅基中的高柠檬酸 235
8.2.4 固氮酶的催化过程 235
8.3 核振散射对固氮酶的初探 239
8.3.1 对固氮酶铁蛋白的研究 239
8.3.2 对 P 簇的研究 241
8.3.3 对 M 簇的研究 241
8.3.4 对 M 簇中心元素的推测 244
8.4 核振散射对固氮酶 +CO 的研究 246
8.4.1 Fe—CO 振动区的谱学特征 246
8.4.2 铁钼辅基呼吸模态的变化 248
8.4.3 理论拟合和多谱学的综合运用 249
8.5 核振散射对固氮酶前驱体的研究 252
8.5.1 固氮酶前驱体简介 252
8.5.2 前驱体 VK 簇的结构问题 254
8.5.3 核振散射对前驱体的研究 255
8.6 固氮酶活性中心的化学模拟 257
8.6.1 对铁钼辅基的结构模拟 257
8.6.2 高柠檬酸的金属配合物 258
8.6.3 含氮、氢的金属配合物 262
8.6.4 同步辐射对模型分子的研究 264
参考资料 266
第9章 核振散射：对氢酶的探索 270
9.1 有关氢酶的基础知识 270
9.1.1 什么是氢酶？ 270
9.1.2 氢酶的分类 271
9.1.3 研究氢酶的意义 271
9.2 氢酶活性中心和催化机理 273
9.2.1 镍铁氢酶的中心结构 273
9.2.2 镍铁氢酶的催化机理 275
9.2.3 铁铁氢酶的中心结构 278
9.2.4 铁铁氢酶的催化机理 280
9.2.5 氢酶中心的化学模拟 280
9.2.6 氢酶的同步辐射能谱学 281
9.3 铁硫簇的核振散射能谱 283
9.3.1 对 DvMF 氢酶的研究 284
9.3.2 对 SH 氢酶的研究 285
9.4 镍铁中心的核振散射能谱 288
9.4.1 Ni—A 态 289
9.4.2 Ni—R 态 292
9.4.3 Ni—L 态：Ni—Fe 金属键 294
9.4.4 Ni—C 态 298
9.5 铁铁中心的核振散射能谱 299
9.5.1 对 CpI 氢酶的研究 299
9.5.2 对 CrI 氢酶的研究 302
9.6 Fe—CO 核振散射强度的对比 304
参考资料 306
第10章 核振散射：对氢酶中 Fe—H 结构的探索 309
10.1 探索 Fe—H 结构的意义和难度 309
10.1.1 探索 Fe—H 结构的意义和现状 309
10.1.2 探索 Fe—H 结构的难度 310
10.1.3 Ni—R 氢酶中的 Fe—H 结构：一个真实的例子 312
10.2 配位化合物中的 Fe—H 键 313
10.2.1 [FeH6]4 313
10.2.2 [HFeCO] 314
10.2.3 镍铁氢酶模型 315
10.2.4 铁铁氢酶模型 317
10.3 氢酶中 Fe—H 键的可探测性 319
10.3.1 可测量的大力度优惠 57Fe 浓度 319
10.3.2 对 Ni—H—Fe 信号量的估计 321
10.3.3 样品和束线条件的决定性改善 323
10.3.4 Ni—H—Fe 谱峰的搜索区间 325
10.4 在氢酶中发现 Ni—H—Fe 326
10.4.1 第一次发现 Ni—H—Fe 谱峰 326
10.4.2 进一步确认 Ni—H—Fe 谱峰 328
10.4.3 对 Ni—H—Fe 结构的间接推测 330
10.4.4 确保氢酶样品处于 Ni—R 态 331
10.5 理解镍铁氢酶中的 Ni—H—Fe 结构 333
10.6 理解铁铁氢酶中的 X—Fe—H 结构 337
10.6.1 反应中间态 H+hydH 的萃取 337
10.6.2 ODT 突变种的 Fe—H 结构 339
10.6.3 多种铁铁氢酶的 Fe—H 结构比较 341
参考资料 343
第11章 展望：新应用、新谱学、新光源 347
11.1 X-射线振动散射谱学的应用和展望 347
11.1.1 IXS 谱学对声学波的研究 347
11.1.2 IXS 谱学对光学波的研究 349
11.1.3 IXS 谱学和其他谱学的对比 351
11.2 核振散射谱学的展望 353
11.2.1 进一步提高现有的信噪比 353
11.2.2 核振散射对其他同位素的研究 356
11.2.3 核振散射对非穆斯堡尔核的测量 358
11.3 其他类型的核散射谱学简介 360
11.3.1 时间域的核前向散射谱学 360
11.3.2 能量域的核前向散射谱学 364
11.3.3 扰动角关联谱学 367
11.3.4 核灯塔效应和核探测技术 370
11.4 下一代光源的展望：衍射极限环 372
11.4.1 自由电子激光装置 373
11.4.2 衍射极限环 374
11.4.3 同步辐射环带来的机会和挑战 376
11.4.4 全书结语 379
参考资料 380
内容摘要
本书介绍了两种优选的同步辐射振动散射能谱学方法和它们在生物大分子研究中的应用。《同步辐射中的振动散射能谱学：原理及其在生物化学研究中的应用》突出所涉各学科之间的交叉性和综合性，以帮助读者从原理上完整理解这些优选的谱学方法可以解决什么样的生物化学问题这样一个总体概念，并由此鼓励广泛的科研合作。取材上注重优选性、综合性和实用性，少理论、少公式、多图表，力求深入浅出、通俗易懂。
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