半胱胺酸和酪胺酸水溶液的 213 nm 光分解量子產率

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(1)國立台灣師範大學化學系碩士論文. 半胱胺酸和酪胺酸水溶液的 213 nm 光分解量子產率. Photodecomposition Quantum Yield of Aqueous Solution of Cysteine and Tyrosine at 213 nm. 指導教授：倪其焜(Dr. Chi-Kung Ni) 研究生：黃貫瑜撰學號：697420956. 中華民國 99 年 12 月.

(2) 謝誌兩年半的碩士生涯說長不長說短不短，一想到即將要離開心裡難免有些不捨。回想這兩年半來真的過的很充實很開心，可以和實驗室大家一起趕 meeting 的報告、一同出遊 hiking，下班之後還留下來玩桌遊，這一切的一切都令我永生難忘。首先，本論文能夠順利完成，全都要感謝我的指導老師倪其焜老師的鼎力相助。老師他是一位學識淵博而且做事又認真的人，會常常來關心學生的實驗進度並且提醒我們要注意安全，每當實驗上遇到困難老師總是能在最短的時間內幫我們解決問題，讓我們的實驗能順利進行。再來，我要感謝阿辰、建銘和菜圃三位學長，不管是甚麼大大小小的問題找學長就沒錯了，而且學長們都很親切也很照顧學弟妹會主動跟我們打屁聊天。另外，要感謝一路陪我走過來的同學黃懷慶，從大學到研究所當了四年的拍檔，不管是做實驗、學開車、打麻將一起經歷過許許多多的事。也要感謝另一外同學易霖，會在實驗上給我一些建議，是一個很厲害的電腦專家。我還要感謝助理陳昱呈，在我無聊的時候可以跟我一起打籃球聊 NBA 的八卦。還有博士生 Arnab，會煮好吃的印度料理請大家，用很破的中文逗我開心。陳正竹和學妹昱杰、竹平則是一起玩樂的好夥伴，唱歌、逛夜市…無樂不作。特別感謝新來的助理文馨，剛來實驗室沒多久就陪我們去同步輻射做實驗過著一個星期苦悶的生活並且幫我們買晚餐讓我們在沒有餐廳的同輻不會餓肚子，還為了我們趕畢業數據每天一大早到實驗室幫我開雷射暖機，實在是幫了我很大的忙。最後，深深的祝福所有在研究所期間，陪伴我的所有人都能夠一帆風順、平安快樂。. I.

(3) 摘要. 生物分子的單一掌性和生命的起源之間有著密不可分的關係，為了探討生物分子單一掌性形成的原因，本論文以自製的樣品槽腔體搭配雷射和傅立葉轉換紅外光光譜儀所組成的實驗系統對酪胺酸和半胱胺酸進行不對稱光分解現象的初步研究，並根據分子的圓二色光譜以及吸收光譜選擇適當的雷射波長做溶液態的光分解實驗。在我們以 213 nm 對樣品進行光分解，並藉由紅外光光譜獲得實驗分子濃度下降的資訊，經由計算得知實驗分子在溶液態的光分解量子產率。結果發現，根據半胱胺酸在紅外光光譜 1400、1351、1304 cm-1 面積和高度所得到的量子產率大部分為 20~40%，而酪氨酸以 1270 cm-1 面積和高度所得到的量子產率為 1%左右，我們認為是因為半胱胺酸能夠經由排斥態分解而酪胺酸無法經由排斥態分解造成量子產率有差異的原因。. II.

(4) Abstract. The homochirality of biomolecule plays an important role on the origin of life. We studied the asymmetric photolysis of cysteine and tyrosine in aqueous solution using UV laser and FTIR. We measured the photodecomposition quantum yield at 213nm using FTIR. The results show that the quantum yields are very different for these two molecules. The quantum yields are 20~40% and 1% for cysteine and tyrosine, respectively. Cysteine is decomposed on a repulsive state which results in larger quantum yield. On the other hand, the repulsive state for tyrosine is changed in solution and the corresponding dissociation channel is quenched. As a result, the decomposition quantum yield of tyrosine is small.. III.

(5) 目錄. 謝誌···························································I 摘要··························································II Abstract·······················································III 目錄·························································IV 第一章緒論···················································1 第二章實驗儀器及方法·········································6 2.1 傅立葉轉換紅外光譜儀································6 2.1.1 傅立葉轉換紅外光譜儀的架構·····················7 2.1.2 麥克森干涉儀與傅立葉轉換·······················8 2.2 Nd:YAG 雷射········································10 2.3 樣品槽腔體·········································11 2.3.1 腔體的設計····································11 2.3.2 樣品槽的設計·································13 2.4 藥品···············································15 第三章實驗結果與討論········································17 3.1 光分解的量子產率···································17 3.2 分子的擴散速率·····································21 3.3 實驗結果···········································23 3.3.1 各種胺基酸分子的 UV 吸收光譜和 UVCD 光譜·····23 3.3.2 左旋半胱胺酸的莫耳吸收係數以及對 213nm 光子的吸收截面積·····································28 3.3.3 左旋半胱胺酸在 pH7 水溶液中的 213nm 光分解·····31 3.3.4 左旋酪胺酸的莫耳吸收係數以及對 213nm 光子的吸收. IV.

(6) 截面積·······································62 3.3.5 左旋酪胺酸在 pH13 水溶液中的 213nm 光分解······65 3.3.6 實驗的結果與文獻比較·························83 第四章結論··················································87 參考文獻·····················································88. V.

(7) 第一章緒論. 生命的起源一直以來就是科學家相當關注的問題，在 19 世紀之前，學者們不斷地嘗試各種實驗及方法，試圖找出探索此一謎團的方向。直到 1953 年，米勒根據 Oparin 的假說模擬地球早期環境的條件進行實驗(1)，在一個圓形的玻璃容器中通入甲烷、氨、氫氣和水等小分子，並且在容器中置入一對通電的電極，模擬地球上空閃電的效果，待反應持續一個星期之後，可以在容器中發現多種結構較為複雜的化合物，包括尿素、羧酸化合物和胺基酸。根據米勒的實驗結果可以瞭解構成生命基礎之一的要素胺基酸，不必經由生命體產生，也就是說胺基酸能夠在原始的環境下被合成出來。不過從米勒的實驗中也發現另一個問題的存在，那就是在實驗中所製造出來的胺基酸都是外消旋的化合物，這跟一般所知道生物體中只存在 L 形式的胺基酸是截然不同的結果，不僅如此，參與 DNA 及 RNA 合成的核醣也都是 D 形式。究竟化合物的單一掌性(homochirality)是如何形成，對此科學家都感到相當地好奇。. NH2. NH2. H. H. HOOC. COOH R. R. 圖 1-1 左旋胺基酸分子(左邊)和右旋胺基酸分子(右邊). 早在 19 世紀，Le Bel 和 Van’t Hoff 兩位科學家就曾經提出圓偏振光 (Circularly Polarized Light)能夠對掌性分子造成不對稱光分解的理論(2)，也就是說在圓偏振光的照射下左旋分子和右旋分子被分解的量不一樣，使得原來是外消旋的(racemic)掌性分子產生了對映體過量(enantiomeric excess) 1.

(8) 的結果。. 1969 年，有一顆掉落在地球上的隕石 Murchison，在經過科學家一連串的分析並且排除受到地球環境污染的可能，發現隕石上存在 L 形式對映體過量的胺基酸，而且是不曾出現在地球上的胺基酸，也有科學家以實驗證實隕石上的胺基酸有能力承受紫外光的破壞而到達地球(3)。之後，更有科學家在星球形成區 Orion OMC-1 觀測到圓偏振紅外光(4)，並經由理論推測圓偏振真空紫外光也極有可能存在。綜合以上的證據，科學家 Bonner 認為單一掌性的胺基酸分子的起源最有可能是在外太空形成並進入地球 (5). 。此外，在 C. Cerf 的文章中也有提到(6)，要證明胺基酸的對映體過量是. 在隕石中形成就必頇滿足五個條件：(1)胺基酸能夠在外太空形成(2)外太空存在著圓偏振真空紫外光(3)外消旋的胺基酸在圓偏振光照射下，左旋胺基酸的量會大於右旋胺基酸(4)隕石上的胺基酸在通過地球大氣層和撞擊地表後，胺基酸還能夠存在(5)不對稱光分解造成胺基酸對映體過量的機制要能夠被放大。直到目前為止，除了第三點還缺乏可以信賴的實驗及數據佐證之外，其餘的都已經有科學家作實驗並證實，這也是本實驗室想要進行這次實驗的動機。在進行胺基酸光分解的實驗之前，必頇藉助吸收光譜和圓二色光譜 (Circular Dichroism Spectroscopy)找到適合不對稱光分解的波長範圍。所謂的圓二色光譜即是利用掌性分子對於左旋圓偏振光和右旋圓偏振光之間的吸收係數差而獲得的光譜，因為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在通過掌性分子時會與分子產生不同程度的交互作用。隨著時代的變遷，在圓二色光譜上的表示單位也有所不同，早期常用的單位為莫耳橢圓率([θ])，與莫耳吸收係數差(Δε)之間的關係式如下：. 2.

(9) θ. ε. 其中莫耳吸收係數差表示為： ε. ε. ε. εL：分子對於左旋圓偏振光的莫耳吸收係數 εR：分子對於右旋圓偏振光的莫耳吸收係數一般而言，掌性分子的圓二色光譜圖都是對稱的形式，特別是芳香族的掌性分子，在光譜上會看到一個連續的正負吸收峰，如圖 1.2 所示(7)：. 圖 1-2 L-脯氨酸(—‥—, pH6.2, 濃度 4%(w/v%)), D-脯氨酸(—, pH6.2, 濃度 4%(w/v%)). 近年來，科學家不斷地在進行關於胺基酸分子不對稱光分解的研究。在 1970 年代，由 Jose J. Flores 等人根據亮胺酸(leucine)的圓二色光譜(8)，用靠近羧基(carboxyl)的發色團吸收的 213 nm 左旋及右旋圓偏振雷射光來照射水溶液的外消旋亮胺酸分子，待樣品分別被分解 59%及 75％之後，將會產生 1.98%的 R-亮胺酸對映體過量以及 2.5％的 S-亮胺酸對映體過量，不過這只是就單一波長的圓偏振光所產生的結果。事實上，外太空不可能只存在單一波長的圓偏振光，而是一道連續波長的光，假設這道光的波長範圍正好涵蓋了亮胺酸圓二色光譜中正吸收和負吸收的區段，那麼對映體過量勢必會再降低甚至消失。. 3.

(10) 圖 1-3 固態薄膜的亮胺酸紫外光吸收光譜. 圖 1-4 S-亮胺酸和 R-亮胺酸在 1N HCl 水溶液中的圓二色光譜. 4.

(11) 本篇的實驗目的就是希望針對在紫外光範圍有較大吸收的胺基酸分子像是酪胺酸(tyrosine)和半胱胺酸(cysteine)，根據它們的圓二色光譜，使用在光譜上正吸收和負吸收之間的紫外光波長範圍進行光分解，利用傅立葉轉換紅外光譜量測分子在水溶液中濃度下降的情況，並計算出光分解的量子產率，藉由此數值或許能夠提供一些反應機構的訊息。. 5.

(12) 第二章實驗儀器及方法. 本實驗的系統裝置主要是由傅立葉轉換紅外光譜儀、樣品槽腔體及雷射三個部分所組成，首先將樣品安置在自製的樣品槽腔體中，此腔體是用來取代原本傅立葉轉換紅外光譜儀的樣品槽讓雷射及紅外光皆能夠通過樣品。接著在腔體內填充氮氣，待氮氣充滿整個腔體後，就可以開始進行光分解的實驗。實驗的方法為每次將樣品暴露在雷射的照射之下，等待一段時間之後，將雷射光遮住並以傅立葉轉換紅外光譜儀(Fourier transform infrared spectrometer)對樣品進行偵測，取得光譜中的資訊來進行定量分析。最後，藉由樣品濃度隨著照光時間的變化量，我們可以計算出樣品光分解的量子產率。 2.1 傅立葉轉換紅外光譜儀光譜上的紅外光區範圍涵蓋了波長 0.78 μm 至 1000 μm，換算成波數則為 12800 cm-1 至 10 cm-1，就儀器應用的觀點上來看，紅外光又可以細分為近紅外光(near-infrared)、中紅外光(middle-infrared)和遠紅外光 (far-infrared)。現今於分析上主要還是利用中紅外光區，範圍是 400 cm-1 至 4000 cm-1。紅外線光譜儀是早期用來鑑定有機化合物的一項重要工具，因為大多數分子的基礎振動躍遷(fundamental vibrational transition)譜線剛好落在中紅外光區，所以藉由中紅外光吸收光譜我們可以分辨出各種不同的分子，但是對於同核的雙原子分子以及光學異構物是無法由紅外光譜來辨識。隨著時代的進步，出現了一種新型的紅外光譜儀稱為傅立葉轉換紅外光譜儀，最主要的架構為干涉儀，待光源通過干涉儀之後，將訊號輸出至電腦進行傅立葉轉換，把原本的干涉光譜轉成一般常見的吸收光譜。比起傳統的紅外光譜儀，傅立葉轉換紅外光譜儀捨棄了光柵，改以干涉儀搭配傅立葉轉換的運算，可以一次獲得全波長範圍的光譜，大大降低. 6.

(13) 了光譜掃瞄的時間。此外，傅立葉轉換紅外光譜儀使用的光學元件比傳統的紅外光譜儀要來的少也沒有狹縫衰減光強度，而且搭配使用雷射來校正光譜，能夠獲得準確性更高的光譜。. 圖 2-1 傳統的紅外光譜儀和傅立葉轉換紅外光譜儀. 2.1.1 傅立葉轉換紅外光譜儀的架構傅立葉轉換紅外光譜儀的架構大致上是由光源、干涉儀和偵測器三個主要的部分所組成，其餘的光學組件可依據不同的分析波長來做適當的更換。胺基酸為本實驗的待測分子，其特性吸收落在中紅外光區，所以本實驗室採購的傅立葉轉換紅外光譜儀(TENSOR 27)選用 SiC(silicon carbide) 作為紅外光源，發光的波長範圍在 600 cm-1 至 5000 cm-1，而偵測器方面提供了兩種，我們選擇 DLaTGS(deuterated L-alanine doped triglycene sulphate)，其特性為適用於室溫下操作，線性範圍佳，但是靈敏度較差，而偵測範圍在 370 cm-1 到 12000 cm-1。. 圖 2-2 TENSOR FTIR 光路示意圖 7.

(14) 2.1.2 麥克森干涉儀與傅立葉轉換麥克森干涉儀的構造如圖 2-3 所示，是由分光鏡(beam splitter)、固定鏡(fixed mirror)和移動鏡(movable mirror)組成。對於單波長紅外光的入射光源，我們予以數學形式表示如下：. 當入射光通過分光鏡時，光線被分成兩束，分別往固定鏡和移動鏡的方向移動，反射之後在經由分光鏡匯聚而形成干涉，最後到達偵測器。. 圖 2-3 麥克森干涉儀的構造. 通往固定鏡和移動鏡的兩道光束分別以 E1 和 E2 表示：. 因為兩道光所走的距離不一致，所以存在. 的相位差。而干涉光的波震幅. 平方可以表示成：. 由於光的強度 I(intensity)和電場平方成正比，我們將上式以強度取代，則可以表示為：. 8.

(15) 假設經由分光鏡分裂的兩道光束強度恰巧相等，則干涉後的強度可以改寫為：. 由圖 2-3 所示，原本固定鏡和移動鏡相對於分光鏡的距離是相同的，當移動鏡移動了距離 d，待兩道光分別經過反射之後，會產生距離為 2d 的光程差，在這裡我們以 x 表示，於是相位差可以改用光程差來表示：. 為紅外光的波數(wavenumber)，接著再將上式代入干涉光強度的式子中. 現在干涉光強度已經整個被改寫成以移動鏡移動距離相關的方程式，當移動鏡移動的距離為半波長的整數倍，干涉光強度會達到最大值。以上是考慮在單一波長的情況下，所推導出來的結果。實際上，紅外光源並不是單一波長，而且傅立葉轉換紅外光譜儀是一次收集全範圍波長的光加以運算分析，我們以 I( )表示由各個波長匯聚而來的光強度，則波數範圍在. 之間的干涉光可以被改寫為：. 若是整個波數範圍的干涉光則可以表示成：. 是與光程差無關的函數，我們視它為常數並且扣除。當 x=0 時. 由於. ，所以上式可以再被改寫為. 9.

(16) 又或者可以表示成. 也可以使用逆傅立葉轉換來將干涉光譜轉成一般光譜. 2.2 Nd:YAG 雷射以固體材料當作工作物質的雷射稱為固體雷射，而 Nd:YAG 雷射正是其中的一種，使用的晶體為參釹鐿鋁石榴石，化學式為 Y3Al5O12︰Nd3+。一般來說，固體雷射都是使用光學泵浦的方法來獲得雷射，而光泵的來源可以是普通的閃光燈或是二極體雷射。 Nd:YAG 雷射最具代表性的放光波長為 1064 nm，圖 2-4 所示為 Nd3+ 離子實現雷射的能階示意圖，是典型的四能階雷射系統。常規的 Nd:YAG 雷射有脈衝運轉及連續運轉兩種出光型態，其結構大同小異，差別在脈衝式雷射多了 Q 開關(Q-switch)以及倍頻裝置。Q 開關是安置在雷射的共振腔中的一種光學開關，當 Nd3+離子達到居量反轉(population inversion)最大值時 Q 開關才會打開，並將雷射給釋放出來，每個脈衝光持續的時間為數十個奈秒(nanosecond)。脈衝式 Nd:YAG 雷射也能產生出其他波長的脈衝光，簡單來說，當光子通過倍頻器，倍頻器中特殊的晶體能夠對特定波長的光子進行倍頻的動作，產生 532 nm(二倍頻)、355 nm(三倍頻)、266 nm(四倍頻)和 213 nm(五倍頻)波長的脈衝光。. 10.

(17) 圖 2-4 Nd:YAG 雷射受激放光能階示意圖. 2.3 樣品槽腔體一般市面上所販售的傅立葉轉換紅外光譜儀的樣品槽並不適用於本實驗，因此我們自製了一個符合實驗要求的腔體。此腔體主要的目的在於讓樣品在不必移動的情況下，待光分解完畢之後可以直接進行偵測，減少樣品因移動而產生的實驗誤差，所以在設計上必頇讓雷射以及紅外光都能夠通過。 2.3.1 腔體的設計由於原來的樣品槽已被拆除，導致紅外光出口的 KBr 鏡片會暴露在空氣下而潮解，而且紅外光譜也會受到空氣干擾。為了避免此情形發生，於是在紅外光的入口及出口處加裝了鋁製的伸縮套筒，與腔體的圓形孔洞緊密相接，並在兩套筒上各挖一個洞接上鐵氟龍(teflon)管，通入由分子篩及活性炭過濾的氮氣。氮氣的流量透過氣體流量計來控制，並分流一部分至傅立葉轉換紅外光譜儀中用來推動移動鏡，當流量太低，清除空氣的速度太慢；流量太高，氣體的擾動會影響光線的行進而且會造成儀器損壞，所以在測量時，以不超過 200 L/h 為基準，如此一來便能夠穩定紅外光源來進行偵測。為了將雷射也導入腔體之中，於是在腔體上另闢兩個孔洞，並鑲上 CaF2 鏡片以防腔體內的氮氣外漏，將雷射以和紅外光呈 45 度角的方向導入通過樣品區。. 11.

(18) 圖 2-5 各視角的腔體構造圖. 12.

(19) 2.3.2 樣品槽的設計由於本實驗中的樣品為溶在水溶液中的胺基酸，而水對於紅外光的吸收很強，為了避免紅外光被水分子吸收太多，所以我們使用的樣品槽是利用兩片 CaF2 鏡片夾住一片鐵氟龍墊片，墊片中間的洞就是用來承載樣品溶液的位置，由於墊片只有 25 μm 非常的薄，得以讓紅外光通過樣品槽。鏡片之外在用兩片圓形鋁板以螺絲鎖緊來固定住鏡片，鏡片與鋁板之間難免有空隙，所以在中間加入 O 形環(O-ring)。最後只要將樣品固定在與腔體蓋子連接的長方形鋁板的凹槽上，也就是紅外光與雷射的交會處，凹槽的邊緣上設計有三根微击出的短棒，用來固定每次樣品槽擺放的平面，如此一來，樣品的位置便能夠在準確的掌控之下。. 圖 2-6 樣品槽的正視圖及剖面圖. 13.

(20) 圖 2-7 樣品在腔體中的示意圖. 圖 2-8 雷射光路示意圖. 14.

(21) 2.4 藥品 1.. 半胱胺酸(Cysteine). 分子式：C3H7NO2S 分子量：121.16 g mol-1 來源：Acros 2.. 酪胺酸(Tyrosine). 分子式：C9H11NO3 分子量：181.19 g mol-1 來源：Acros 3.. 色胺酸(Tryptophan). 分子式：C11H12N2O2 分子量：204.23 g mol-1 來源：Acros 4.. 苯丙胺酸(Phenylalanine). 分子式：C9H11NO2 分子量：165.19 g mol-1 來源：Acros 5.. 脯胺酸(Proline). 分子式：C5H9NO2 分子量：115.13 g mol-1 來源：Acros 6.. 組胺酸(Histidine). 分子式：C6H9N3O2 分子量：155.15 g mol-1 來源：Acros. 15.

(22) 7.. 甲硫胺酸(Methionine). 分子式：C5H11NO2S 分子量：149.21 g mol-1 來源：Acros 8.. L. C. grade 蒸餾水. 來源：皓峰企業 9.. 氫氧化鈉(Sodium hydroxide). 來源：Acros. 16.

(23) 第三章實驗結果與討論. 3.1 光分解的量子產率分子在溶液中的光化學反應不同於氣相的光化學反應，在溶液中，分子會受到溶劑的影響(solvation effect)而改變其化學性質，又或者溶劑會直接參與反應使得原來發生在氣相的反應機制產生變化，所以在溶液中的反應往往更為複雜，本實驗量測量子產率的目的就是希望能夠為反應機構提供一份有力的證據。在單一溶質的情況下，溶質對於光子的吸收，其關係式表示如下(※由於雷射入射的方向是跟溶液表面呈 45°，所以光徑長 l 要乘. 倍)： (1). I0：雷射穿透溶液前的光強度(J·s-1·cm-2) I：雷射穿透溶液後的光強度：分子對於光子的吸收截面積(absorption cross section) l：雷射通過溶液的光徑長(cm) ：分子在溶液中的密度(#·cm-3) 當雷射通過樣品溶液，樣品吸收前後的光強度差為： (2) 由式子(2)便能夠得到溶液在短時間內所吸收的光子數為： (3) h：普朗克常數(J·s) ：光子頻率(s-1) A：樣品受雷射照射的面積(cm2) dt：照光的時間(s) 17.

(24) 一般都將光分解的量子產率定義為：樣品被破壞的數目樣品吸收的光子數以數學式子表示： (4). 從式子(4)中得知，樣品的濃度(. )隨著光分解時間不斷地在變化，如果被. 破壞的分子數很少，則 N(t) N(0)並代入式子(4)得到： (5). 將式子(5)積分完之後可以得到： (6). ΔN 表示樣品被破壞的數量，在實驗中是以傅立葉轉換紅外光譜儀來測定樣品遭受光分解之後的濃度，再經由公式轉換計算出樣品減少的數量，根據 Beer-Lambert law (7) (8) (9) I0：穿透溶液前的紅外光強度 ε：分子對紅外光的莫耳吸收係數(M-1·cm-1) b：紅外光通過溶液的光徑長(cm) c：體積莫耳濃度(M). 18.

(25) 將吸收值兩兩相減得到 (10) (11) 綜合式子(10)(11)的結果，得知 (12) N0：亞佛加厥常數 V：溶液的體積(L) 將式子(6)中的 ΔN 用式子(12)取代得到： (13). 進一步將式子(13)重新整理得到：. (14) 在理想的情況下，光譜的吸收值是可以直接做相減的運算，但是在實驗的過程中發現，溶液照光之後會產生氣泡，氣泡的影響在於會將溶液排開，使得紅外光在通過樣品槽時直接穿透而不被吸收，造成光譜上呈現的吸收值隨著時間愈來愈小，基線(base line)不斷下降，為了去除此誤差，我們在公式中加入了扣除因素(subtraction factor)來修正光譜基線位移的現象。就單一溶質的情況下，不同照光時間的吸收值為：. A1：照光前的溶液吸收 A2：照光後的溶液吸收. 19.

(26) 修正的辦法是使用在光譜上任一處只有溶劑吸收的波數區域當作扣除因素f. 將含有溶質吸收的區域乘上 f，進行扣除的動作. 根據此公式，只要藉由光譜上的資訊得到吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)做一次線性適解，便能夠由線性的斜率和其他已知的實驗參數代入計算出光分解的量子產率。. 20.

(27) 3.2 分子的擴散速率依照本實驗的的儀器架設，是無法藉由攪拌來幫助分子在溶液均勻分佈，所以當雷射通過樣品溶液時，大部分的光子都被表面分子所吸收，這時分子只能夠靠擴散的方式移動回復到均勻的狀態。在實驗進行之前，我們必頇確定在雷射脈衝與脈衝之間，分子是否有足夠的時間擴散均勻，根據 Einstein-Smoluchowski equation. 不同分子的擴散速率差別只在擴散係數，而實驗中所使用的胺基酸分子為酪胺酸及半胱胺酸，在室溫下水溶液胺基酸的擴散係數大概都在 10-5~5 10-6 cm2 s-1，實驗用的雷射脈衝的頻率(repetition rate)為 1 Hz，將條件代入公式可以計算出每兩個脈衝之間，分子可以移動的距離為 32~45 μm，而樣品溶液的厚度只有 25 μm，所以分子有充裕的時間進行擴散作用，使分子在溶液中均勻分佈。. 21.

(28) 此外，我們也擔心溶液在照光之後所產生氣泡是由於表層的分子吸收了大部分光子瞬間產生的高溫所致，於是我們計算雷射 213 nm 通過各種溶液的吸收(I/I0)並且對光徑長作圖，就能夠得到隨著雷射所到達的溶液深度，光強度被吸收而減少的狀況。從作圖的結果得知雷射通過 5 μm 的 0.05M 酪胺酸溶液之後(溶液厚度為 25 μm)，光強度已經減少將近一半，假設溶液吸收的光子能量全部都轉換成熱，可以使得厚度 5 μm 的水溫度升高多少℃. 結果發現水溫幾乎不會改變，所以溶液照光所產生的氣泡並不是因為表層溶劑吸收大量光子瞬間產生高溫而氣化所致。. water. 1.0000. 0.9998. 0.8. 0.6. I/I0. I/I0. 0.8. 0.9994. 0.05M L-tyrosine. 1.0. 0.9. 0.9996. I/I0. 0.2M L-cysteine. 1.0. 0.4. 0.7 0.9992. 0.2. 0.6 0.9990. 0.0. 0.5 0.000. 0.002. 0.004. 0.006. Path length(cm). 0.008. 0.010. 0.000. 0.002. 0.004. 0.006. Path length(cm). 22. 0.008. 0.010. 0.000. 0.002. 0.004. 0.006. Path length(cm). 0.008. 0.010.

(29) 3.3 實驗結果本篇論文的實驗結果包括測得酪胺酸和半胱胺酸在 213 nm 波長下的光分解紅外光譜並計算出光分解的量子產率、各種胺基酸的 UV 吸收光譜以及各種胺基酸的 UVCD 光譜，其中 UV 吸收光譜和 UVCD 光譜是在國家同步輻射中心以紫外光區同步輻射為光源測量所得。 3.3.1 各種胺基酸分子的 UV 吸收光譜和 UVCD 光譜圓二色光譜儀跟吸收光譜儀的元件差別只在於圓二色光譜儀多了光彈性調幅器(photoelastic modulator, PEM)和鎖相放大器(lock-in amplifier)，光彈性調幅器是由 LiF 晶體所組成，可以將同步輻射線偏振光轉換為頻率 50 Hz 的圓偏振光。我們只要將訊號處理器和光電倍增管的電源供應器更換，便可以在不移動樣品的情況下，依照實驗的需要隨時切換測量 UV 吸收光譜以及 UVCD 光譜。. 23.

(30) 圖 3-1 國家同步輻射中心的圓二色光譜實驗站，圖中包括光彈性調幅器、光電倍增管和真空系統. 圖 3-2 圓二色光譜儀的訊號處理系統，主要由訊號處理器、鎖相放大器和高精度電表所組成. 由於水在真空紫外光區的吸收極大，一般的光源強度不足以穿透溶液到達偵測器，所以才藉助同步輻射光源在溶液厚度極薄的情況下來完成光譜的測量，而樣品槽的設計就如同本實驗室光分解實驗所使用得樣品槽一樣，是由兩片 CaF2 夾住一片厚度為 7.5 μm 的中空 O 形環作為樣品溶液的 spacer。以下為七種胺基酸包含色胺酸、酪胺酸、苯丙胺酸、脯胺酸、組胺酸、半胱胺酸以及甲硫胺酸在不同濃度及 pH 值的 UV 吸收光譜和 UV CD 光譜。. 24.

(31) 15 (a). (b) 10. 0.5. Mini Degree. Absorption (arb.). 0.6. 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 180. 200. 220. 240. 260. 5 0 -5 -10 -15. 280. L-tryptophan D-tryptophan. 180. 200. 220. 240. 260. Wavelength (nm). Wavelength (nm). 圖 3-3 (a) 0.01M 色胺酸在水溶液(pH=7)中的吸收光譜 (b) 0.04M 色胺酸在水溶液(pH=7) 中的 CD 光譜 0.5. (b) 8. 0.4. Mini Degree. Absorption (arb.). (a). 0.3 0.2 0.1 0.0. 4 0 -4 L-phenylalanine D-phenylalanine. -8. 180. 190. 200. 210. 220. 230. 240. 180. Wavelength (nm). 200. 220. 240. Wavelength (nm). 圖 3-4 (a) 0.005M 苯丙胺酸在水溶液(pH=7)中的吸收光譜 (b) 0.005M 苯丙胺酸在水溶液 (pH=7)中的 CD 光譜 4. 1.0. (b). (a) 2. Mini Degree. Absorption (arb.). 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0. 0. -2 L-tyrosine D-tyrosine. 180. 200. 220. 240. 260. 280. 300. -4. 320. 180. 200. 220. Wavelength (nm). Wavelength (nm). 圖 3-5 (a) 0.01M 酪胺酸在水溶液(pH=13)中的吸收光譜 (b) 0.01M 酪胺酸在水溶液 (pH=13)中的 CD 光譜. 25. 240.

(32) (b). 20. Mini Degree. Absorption (arb.). 30. (a). 0.6. 0.4. 0.2. 10 0 L-proline(1M) L-proline(0.5M) D-proline(0.5M) L-proline(0.1M) D-proline(0.1M). -10 -20 -30. 0.0 180. 200. 220. 240. 180. 200. 220. 240. 260. Wavelength (nm). Wavelength (nm). 圖 3-6 (a) 0.05M 脯胺酸在水溶液(pH=7)中的吸收光譜 (b) 脯胺酸在水溶液(pH=7)中的 CD 光譜 0.6. (b). (a). Mini Degree. Absorption (arb.). 8. 0.4. 0.2. 4 0 -4. 0.0 180. 200. 220. -8. 240. 180. Wavelengrh (nm). 200. 220. 240. 260. Wavelength (nm). 圖 3-7 (a) 0.025M 組胺酸在水溶液(pH=7)中的吸收光譜 (b) 0.1M L-組胺酸在水溶液 (pH=7)中的 CD 光譜 10. 0.3. (b). 8. Mini Degree. Absorption (arb.). (a). 0.2. 0.1. 0.0. 6 4 2 0 -2 -4. 180. 200. 220. -6. 240. Wavelength (nm). 180. 200. 220. 240. Wavelength (nm). 圖 3-8 (a) 0.025M 半胱胺酸在水溶液(pH=7)中的吸收光譜 (b) 0.1M L-半胱胺酸在水溶液(pH=7)中的 CD 光譜. 26.

(33) (a). (b). 8. Mini Degree. Absorption (arb.). 0.4. 0.2. 4 0 -4 L-methionine D-methionine. -8 0.0 180. 200. 220. 240. 200. 220. 240. Wavelength (nm). Wavelength (nm). 圖 3-9 (a) 0.025M 甲硫胺酸在水溶液(pH=7)中的吸收光譜 (b) 0.2M 甲硫胺酸在水溶液 (pH=7)中的 CD 光譜. 對於在 CD 光譜上有表現出連續正負吸收值的分子是我們比較感興趣的對象，尤其是正負吸收剛好位於 193 nm 和 213 nm 正好符合實驗室所擁有的雷射波長，此外，分子必頇在紅外線吸收光譜中有很強的訊號，在滿足這些條件的情況下，最後我們選擇酪胺酸和半胱胺酸來進行光分解的實驗。. 27.

(34) 3.3.2 左旋半胱胺酸的莫耳吸收係數以及對 213 nm 光子的吸收截面積根據之前推導的量子產率公式，要計算出量子產率還缺乏樣品在紅外光譜中的莫耳吸收係數以及對 213 nm 光子的吸收截面積，而獲得樣品莫耳吸收係數的方法是配製不同濃度的樣品溶液來測光譜，根據 Beer-Lambert law 將溶液吸收值對溶液濃度和光徑長的乘積作圖得一次線性適解，斜率即為樣品的莫耳吸收係數。最後，為了得到可性度更高的量子產率，我們在每一個分子的光譜上都挑選了兩個特性吸收峰，每一個特性吸收峰又分別用高度和面積兩種方式來估計吸收度做為量子產率計算上的多重確認，因此我們必頇得到樣品在不同特性吸收峰上以面積和高度計算的莫耳吸收係數。以下是左旋半胱胺酸莫耳吸收係數的測量：. 0.1M L-cysteine 0.2M L-cysteine 0.4M L-cysteine. 0.1M L-cysteine 0.2M L-cysteine 0.4M L-cysteine. 0.42. Absorption. Absorption. 0.42. 0.35. 0.28. 0.28 1000. 0.35. 1100. 1200. 1300. 1400. 1500. 1100. 1200. 1300. 1400 -1. Wavenumber(cm ). -1. Wavenumber(cm ). 圖 3-10 修正前和修正後的 L-cysteine 紅外光譜. 28. 1500.

(35) Equation. Absorption. 0.5. y = a + b*x. Adj. R-Square. Equation. 0.99956 Value. B. Intercept. B. Slope. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.99904. Standard Error. 0.00573. 0.00567. 575.91139. 8.56703. Value. 0.4. Absorption. 0.6. 0.4 0.3. B. Intercept. B. Slope. Standard Error. 0.00775. 0.00639. 441.68362. 9.65922. 0.3. 0.2. 0.2 0.1 0.1 0.0002. 0.0004. 0.0006. 0.0008. 0.0010. 0.0002. 0.0004. Pathlength*Molarity. 0.0006. 0.0008. 0.0010. Pathlength*Molarity. 圖 3-11 在 1304cm-1 和 1429cm-1 以面積計算的吸收值對光徑長和體積莫耳濃度的乘積作圖得一次線性適解 Equation Adj. R-Square. Value B. Intercept. B. Slope. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.99961. 0.99896. Standard Error. 0.28379. 3.56172E-4. 38.49759. 0.53848. Value. 0.35. Absorption. Absorption. 0.32. 0.36. y = a + b*x. 0.31. 0.30. B. Intercept. B. Slope. Standard Error. 0.30642. 7.30251E-4. 48.45282. 1.10404. 0.34. 0.33. 0.32 0.29 0.0002. 0.0004. 0.0006. 0.0008. 0.0002. 0.0010. 0.0004. 0.0008. Pathlength*Molarity. Pathlength*Molarity -1. 0.0006. -1. 圖 3-12 在 1304cm 和 1429cm 以高度計算的吸收值對光徑長和體積莫耳濃度的乘積作圖得一次線性適解. 由圖 3-11、3-12 所得到 L-cysteine 在 1304 cm-1 和 1429 cm-1 的莫耳吸收係數：吸收峰位置. 1304 cm-1. 1429cm-1. 吸收值計算方式. 面積. 高度. 面積. 高度. 莫耳吸收係數(ε). 575.9. 38.5. 441.7. 48.5. 表 3-1 L-cysteine 在 1304 cm-1 和 1429cm-1 的莫耳吸收係數. 29. 0.0010.

(36) 至於樣品在 213 nm 的吸收截面積的量測方式一樣是配製不同濃度的樣品溶液，利用 fused silica window 將部分的 213 nm 雷射光反射作為參考光束，而大部分穿透鏡片的光束再通過樣品溶液到達能量計，由示波器所顯示的光強度我們可以計算出樣品在 213 nm 的吸收值，仿照之前獲得莫耳吸收係數的方式處理，我們便能夠得到樣品在 213 nm 的吸收截面積。. 圖 3-13 量測吸收截面積的裝置示意圖. Detector(mV) D1. D2. Water. 52. 228. 0.05M L-cysteine. 50. 200. 0.1M L-cysteine. 46. 170. 0.2M L-cysteine. 50. 178. 0.20. Absorption. Sample 0.16. 0.12. Equation Adj. R-Square. 0.08. y = a + b*x 0.70519. B. Intercept. Value Standard Error 0.07311 0.03957. B. Slope. 4.77168E-19. 1.00E+017. 2.00E+017. 1.98405E-19. 3.00E+017. (Path length)*(Density of molecule). 圖 3-14 L-cysteine 對於 213nm 光子的吸收對光徑長和分子密度的乘積作圖得一次線性適解. 由圖 3-14 的結果得知 L-cysteine 對於 213 nm 光子的吸收截面積(σ)為 4.77168×10-19 cm2。. 30.

(37) 3.3.3 左旋半胱胺酸在 pH7 水溶液中的 213 nm 光分解在本實驗中，我們配製了不同濃度的左旋半胱胺酸水溶液並且使用不同強度的雷射來進行光分解實驗，最後將獲得的光分解紅外光譜根據前面所推導的公式，將吸收值的差對照光時間作圖得一次線性適解，便能夠由直線斜率得到量子產率。. 由於在光分解的實驗過程中，樣品溶液在雷射光分解之下所產生的氣泡對於實驗結果有著莫大的影響，同時也為了滿足前面推導量子產率公式的簡化條件，光源強度以及照光時間都必頇小心控制，使得樣品分解的數量為原來的 10%左右，以下是左旋半胱胺酸的 213 nm 光分解光譜測量的結果：. 31.

(38) 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Absorption. 0.351. 0.342. 0.333 1420. 0.020. Equation Adj. R-Square. 1430. 1440. Wavenumber. y = a + b*x 0.99132 Value. Delta A. 0.015. 1450. Standard Error. G. Intercept. -1.5024E-4. 3.72866E-4. G. Slope. 1.33626E-4. 4.41734E-6. 0.010. 0.005. 0.000 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s) 0.0014. Equation Adj. R-Square. y = a + b* 0.98048 Value. 0.0012. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. 8.8467E-5. 3.82162E-5. 9.08787E-6. 4.52747E-7. Delta A. 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-15 在 1429cm-1 以雷射強度 0.771mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 32.

(39) 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. 0.370. Absorption. 0.365 0.360 0.355 0.350. 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation Adj. R-Square. 0.020. y = a + b* 0.98427 Value. I. Intercept. I. Slope. Standard Error. 0.0014. 5.60869E-4. 1.48829E-4. 6.6446E-6. Delta A. 0.015. 0.010. 0.005. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s) Equation. 0.0015. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.98017 Value. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. 5.56671E-5. 4.57928E-5. 1.0801E-5. 5.42506E-7. Delta A. 0.0010. 0.0005. 0.0000 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-16 在 1429cm-1 以雷射強度 0.77mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 33.

(40) 0.375. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Absorption. 0.370 0.365 0.360 0.355 0.350 1420. Equation. 0.020. Adj. R-Square. 1440. 1450. y = a + b*x 0.99047 Value. 0.015. Delta A. 1430. Wavenumber. J. Intercept. J. Slope. Standard Error. -8.10264E-4. 4.49279E-4. 1.53601E-4. 5.32259E-6. 0.010. 0.005. 0.000 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s) Equation. 0.0015. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.97704 Value. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. -5.55735E-5. 5.03725E-5. 1.10269E-5. 5.96762E-7. Delta A. 0.0010. 0.0005. 0.0000 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-17 在 1429cm-1 以雷射強度 0.75mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 34.

(41) 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. 0.37. Absorption. 0.36. 0.35. 0.34 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.020. Equation Adj. R-Square. y = a + b* 0.99335 Value. Delta A. 0.015. J. Intercept. J. Slope. Standard Error. 7.32379E-4. 3.2182E-4. 1.3186E-4. 3.8126E-6. 0.010. 0.005. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s) Equation. 0.0014. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.98222 Value. 0.0012. Standard Error. C. Intercept. 5.25868E-5. 3.88574E-5. C. Slope. 9.68789E-6. 4.60343E-7. Delta A. 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-18 在 1429cm-1 以雷射強度 0.728mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 35.

(42) 0.2M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s 270s. 0.39. Absorption. 0.38. 0.37. 0.36. 0.35 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. 0.025. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.98356 Value. Delta A. 0.020. Standard Error. H. Intercept. 6.45627E-4. 6.73779E-4. H. Slope. 8.74155E-5. 3.99112E-6. 0.015 0.010 0.005 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 250. 300. Time(s) 0.0025. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.98571 Value. 0.0020. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. -8.92808E-6. 5.586E-5. 7.77957E-6. 3.30886E-7. Delta A. 0.0015. 0.0010. 0.0005. 0.0000 0. 50. 100. 150. 200. Time(s). 圖 3-19 在 1429cm-1 以雷射強度 0.34mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 36.

(43) 0.2M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s 270s. Absorption. 0.38. 0.37. 0.36 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.020. 0.94365 Value. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. 4.3519E-4. 0.00109. 7.51881E-5. 6.47166E-6. Delta A. 0.015. 0.010. 0.005. 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 250. 300. Time(s) 0.0014. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.0012. 0.93152 Value. Standard Error. C. Intercept. 1.30598E-4. 6.80796E-5. C. Slope. 4.22596E-6. 4.03269E-7. Delta A. 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0. 50. 100. 150. 200. Time(s). 圖 3-20 在 1429cm-1 以雷射強度 0.34mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 37.

(44) 0.2M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s 270s. 0.38. Absorption. 0.37. 0.36. 0.35. 0.34 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. y = a + b*. Adj. R-Squar. 0.020. 0.97394 Value. H. Intercept. H. Slope. Standard Erro. 0.00126. 7.08438E-4. 7.26819E-. 4.19643E-6. Delta A. 0.016 0.012 0.008 0.004 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 250. 300. Time(s) Equation. y = a + b*. Adj. R-Squar. 0.0016. 0.95398 Value. Standard Erro. C. Intercept. 1.72844E-. 7.35141E-5. C. Slope. 5.62481E-. 4.3546E-7. Delta A. 0.0012. 0.0008. 0.0004. 0. 50. 100. 150. 200. Time(s). 圖 3-21 在 1429cm-1 以雷射強度 0.342mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 38.

(45) 0.2M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s 270s. 0.40. Absorption. 0.39. 0.38. 0.37 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.012. Equation. y = a + b*. Adj. R-Squar. 0.96118 Value. 0.010. Standard Erro. H. Intercept. 4.10344E-. 4.56972E-4. H. Slope. 3.81948E-. 2.70687E-6. Delta A. 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 250. 300. Time(s) 0.0008. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.95286 Value. Delta A. 0.0006. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. -4.20857E-5. 3.91994E-5. 2.9618E-6. 2.32198E-7. 0.0004. 0.0002. 0.0000 0. 50. 100. 150. 200. Time(s). 圖 3-22 在 1429cm-1 以雷射強度 0.308mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 39.

(46) 0.40. 0.2ML-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s 270s. Absorption. 0.39. 0.38. 0.37 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.012. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Squar. 0.96662 Value. 0.010. Standard Erro. H. Intercept. -7.75453E-. 5.08957E-4. H. Slope. 4.59886E-5. 3.0148E-6. Delta A. 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 250. 300. Time(s) Equation. y = a + b*x. Adj. R-Squar. 0.0008. 0.96275 Value. Standard Erro. C. Intercept. 3.58213E-. 3.58643E-5. C. Slope. 3.06225E-. 2.12442E-7. Delta A. 0.0006. 0.0004. 0.0002. 0.0000 0. 50. 100. 150. 200. Time(s). 圖 3-23 在 1429cm-1 以雷射強度 0.311mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 40.

(47) 0.41. 0.2M L-cysteine 50s 110s 170s 230s 290s 350s 410s 470s 530s 590s 650s. Absorption. 0.40. 0.39. 0.38. 0.37 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. 0.020. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.98494 Value. Delta A. 0.016. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. 2.07217E-5. 4.5331E-4. 2.9143E-5. 1.13863E-6. 0.012 0.008 0.004 0.000 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 600. 700. Time(s) 0.0016. Equation Adj. R-Squar. y = a + b*x 0.99441 Value. Delta A. 0.0012. Standard Erro. C. Intercept. -9.86626E-. 2.24686E-5. C. Slope. 2.38088E-6. 5.64366E-8. 0.0008. 0.0004. 0.0000 0. 100. 200. 300. 400. 500. Time(s). 圖 3-24 在 1429cm-1 以雷射強度 0.181mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 41.

(48) 0.40. 0.2M L-cysteine 100s 200s 300s 400s 500s 600s 700s 800s. Absorption. 0.39. 0.38. 0.37. 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation Adj. R-Squar. 0.016. y = a + b*x 0.98494 Value. Standard Erro. H. Intercept. 5.63017E-. 4.80911E-4. H. Slope. 2.04023E-. 9.52346E-7. Delta A. 0.012. 0.008. 0.004. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 800. 900. 700. 800. 900. Time(s) Equation. 0.0014. Adj. R-Squar. y = a + b*x 0.97875 Value. 0.0012. Standard Erro. C. Intercept. 8.12989E-. 4.43747E-5. C. Slope. 1.5804E-6. 8.78749E-8. Delta A. 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. Time(s). 圖 3-25 在 1429cm-1 以雷射強度 0.16mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 42.

(49) 0.2M L-cysteine 100s 200s 300s 400s 500s 600s 725s. Absorption. 0.40. 0.39. 0.38. 0.37 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.020. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Squar. 0.016. 0.98682 Value. Standard Erro. H. Intercept. -9.58267E-. 5.71774E-4. H. Slope. 2.67921E-5. 1.26256E-6. Delta A. 0.012. 0.008. 0.004. 0.000 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 800. Time(s) 0.0016 Equation. y = a + b*x. Adj. R-Squar. 0.98142 Value. Delta A. 0.0012. Standard Erro. C. Intercept. -4.44995E-. 5.34618E-5. C. Slope. 2.13131E-6. 1.19544E-7. 0.0008. 0.0004. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. Time(s). 圖 3-26 在 1429cm-1 以雷射強度 0.174mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 43.

(50) 0.2M L-cysteine 150s 300s 450s 600s 750s 900s 1050s 1200s 1350s. Absorption. 0.39. 0.38. 0.37. 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. 0.025. Adj. R-Squar. y = a + b* 0.99131 Value. Delta A. 0.020. H. Intercept. H. Slope. Standard Erro. 0.00212. 4.89478E-4. 1.75317E-. 5.79884E-7. 0.015 0.010 0.005 0.000 0. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. 1200. 1400. Time(s) 0.0020. Equation Adj. R-Squar. y = a + b*x 0.9767 Value. 0.0016. Standard Erro. C. Intercept. 1.30726E-. 5.53527E-5. C. Slope. 1.20257E-. 6.55763E-8. Delta A. 0.0012. 0.0008. 0.0004. 0.0000 0. 200. 400. 600. 800. 1000. Time(s). 圖 3-27 在 1429cm-1 以雷射強度 0.171mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 44.

(51) 0.40. 0.2M L-cysteine 150s 300s 450s 600s 750s 900s. Absorption. 0.38. 0.36. 0.34. 0.32 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.04. Equation Adj. R-Squar. y = a + b* 0.98909 Value. Delta A. 0.03. H. Intercept. H. Slope. Standard Erro. -0.00139. 0.00111. 4.04236E-. 1.89642E-6. 0.02. 0.01. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000. Time(s) 0.004 Equation y = a + b* Adj. R-Square 0.96968. Delta A. 0.003. C. Intercept. Value Standard Error -3.84845E-4 1.96822E-4. C. Slope. 4.27387E-6. 3.36927E-7. 0.002. 0.001. 0.000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000. Time(s). 圖 3-28 在 1429cm-1 以雷射強度 0.205mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 45.

(52) 0.350 0.1M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Absorption. 0.345. 0.340. 0.335 1415. 1420. 1425. 1430. 1435. 1440. 1445. Wavenumber 0.012. Equation Adj. R-Square. y = a + b* 0.93145 Value. 0.010. Standard Error. I. Intercept. 9.78331E-4. 5.67231E-4. I. Slope. 7.03835E-5. 6.71998E-6. Delta A. 0.008 0.006 0.004 0.002 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s) 0.0008. Equation Adj. R-Square. y = a + b* 0.95408 Value. Delta A. 0.0006. Standard Error. C. Intercept. 7.75412E-5. 3.21513E-5. C. Slope. 4.92528E-6. 3.80896E-7. 0.0004. 0.0002. 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-29 在 1429cm-1 以雷射強度 0.644mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 46.

(53) 0.345. 0.1M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Absorption. 0.340. 0.335. 0.330 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. 0.010. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.97611 Value. Delta A. 0.008. I. Intercept. I. Slope. Standard Error. -1.38921E-4. 3.7048E-4. 7.94721E-5. 4.38907E-6. 0.006 0.004 0.002 0.000 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s) 0.0007. Equation Adj. R-Square. 0.0006. y = a + b*x 0.9283 Value. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. 3.91239E-5. 3.59106E-5. 4.3507E-6. 4.25432E-7. Delta A. 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-30 在 1429cm-1 以雷射強度 0.657mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 47.

(54) 0.390. 0.1M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s. Absorption. 0.385. 0.380. 0.375. 0.370 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. 0.010. y = a + b*. Adj. R-Square. 0.98611 Value. Delta A. 0.008. Standard Error. H. Intercept. -1.60697E-. 2.84651E-4. H. Slope. 4.19346E-5. 1.87898E-6. 0.006 0.004 0.002 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 200. 250. Time(s) 0.0008. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Squar. 0.88837 Value. Delta A. 0.0006. Standard Erro. C. Intercept. 6.14267E-. 5.45878E-5. C. Slope. 2.71344E-. 3.60333E-7. 0.0004. 0.0002. 0.0000 0. 50. 100. 150. Time(s). 圖 3-31 在 1429cm-1 以雷射強度 0.469mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 48.

(55) 0.385. 0.1M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s. Absorption. 0.380. 0.375. 0.370. 0.365 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.010. Equation. y = a + b*. Adj. R-Square. 0.87381 Value. Delta A. 0.008. Standard Error. H. Intercept. 8.34132E-4. 8.82504E-4. H. Slope. 4.29055E-5. 6.5778E-6. 0.006. 0.004. 0.002 0. 40. 80. 120. 160. 200. 160. 200. Time(s) Equation. 0.0005. y = a + b*. Adj. R-Squar. 0.91447 Value. 0.0004. Standard Erro. C. Intercept. -5.96479E-. 4.80687E-5. C. Slope. 2.89189E-6. 3.58283E-7. Delta A. 0.0003 0.0002 0.0001 0.0000 -0.0001 0. 40. 80. 120. Time(s). 圖 3-32 在 1429cm-1 以雷射強度 0.477mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 49.

(56) 0.1M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s. 0.435. Absorption. 0.430. 0.425. 0.420. 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.016 Equation. y = a + b*. Adj. R-Squar. 0.90495 Value. Delta A. 0.012. H. Intercept. H. Slope. Standard Erro. 0.00141. 8.9273E-4. 4.84683E-. 5.8929E-6. 0.008. 0.004. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 200. 250. Time(s) Equation. y = a + b*. Adj. R-Squar. Delta A. 0.91752 Value. 0.0008. Standard Erro. C. Intercept. 9.16018E-. 5.67127E-5. C. Slope. 3.32459E-. 3.74359E-7. 0.0006. 0.0004. 0.0002 0. 50. 100. 150. Time(s). 圖 3-33 在 1429cm-1 以雷射強度 0.543mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 50.

(57) 0.1M L-cysteine 30s 60s 90s 120s 150s 180s 210s 240s 270s. 0.425. Absorption. 0.420. 0.415. 0.410. 0.405 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.014 Equation. 0.012. 0.96035 Value. 0.010. Delta A. y = a + b*x. Adj. R-Square H. Intercept. H. Slope. Standard Error. -8.36676E-5. 5.4694E-4. 4.52118E-5. 3.23979E-6. 0.008 0.006 0.004 0.002 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 250. 300. Time(s) 0.0008. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.96357 Value. Delta A. 0.0006. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. -4.02776E-5. 3.24884E-5. 2.80602E-6. 1.92445E-7. 0.0004. 0.0002. 0.0000 0. 50. 100. 150. 200. Time(s). 圖 3-34 在 1429cm-1 以雷射強度 0.498mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 51.

(58) 0.420. 0.1M L-cysteine 45s 90s 135s 180s 225s 270s 315s 360s. Absorption. 0.415. 0.410. 0.405. 0.400 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation Adj. R-Square. 0.99106 Value. 0.012. Delta A. y = a + b*. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. -0.0011. 3.33155E-4. 4.0869E-5. 1.4661E-6. 0.008. 0.004. 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 300. 350. 400. Time(s) Equation. 0.0010. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.98882 Value. Delta A. 0.0008. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. -2.11199E-5. 2.50559E-5. 2.74594E-6. 1.10262E-7. 0.0006 0.0004 0.0002 0.0000 0. 50. 100. 150. 200. 250. Time(s). 圖 3-35 在 1429cm-1 以雷射強度 0.488mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 52.

(59) 0.1M L-cysteine 45s 90s 135s 180s 225s 270s 315s 360s. 0.415. Absorption. 0.410. 0.405. 0.400 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber Equation. 0.012. Adj. R-Square. y = a + b* 0.96786 Value. 0.010. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. -9.85175E-4. 5.43211E-4. 3.47879E-5. 2.39049E-6. Delta A. 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 300. 350. 400. Time(s) Equation Adj. R-Square. Delta A. 0.0008. y = a + b*x 0.93765 Value. Standard Error. C. Intercept. 1.63941E-4. 4.14756E-5. C. Slope. 1.88155E-6. 1.8252E-7. 0.0006. 0.0004. 0.0002 0. 50. 100. 150. 200. 250. Time(s). 圖 3-36 在 1429cm-1 以雷射強度 0.495mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 53.

(60) 0.384. 0.1M L-cysteine 45s 90s 135s 180s 225s 270s 315s 360s. Absorption. 0.380. 0.376. 0.372. 0.368 1420. 1430. 1440. 1450. Wavenumber 0.012. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.94. 0.010. Value. Delta A. 0.008. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. -1.51318E-4. 6.24524E-4. 2.89126E-5. 2.74831E-6. 0.006 0.004 0.002 0.000 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 300. 350. 400. Time(s) Equation Adj. R-Square. 0.0008. y = a + b* 0.94973 Value. Standard Error. C. Intercept. 4.90866E-5. 4.16752E-5. C. Slope. 2.11709E-6. 1.83398E-7. Delta A. 0.0006. 0.0004. 0.0002. 0.0000 0. 50. 100. 150. 200. 250. Time(s). 圖 3-37 在 1429cm-1 以雷射強度 0.534mJ 對 0.1M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正前)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 54.

(61) 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Absorption. 0.33. 0.32. Equation Adj. R-Square. y = a + b* 0.86533 Value. 0.010. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. 0.00188. 7.89764E-4. 6.77308E-. 9.35631E-6. 0.008. Delta A. 0.34. 0.006. 0.004. 0.31. 0.002. 1290. 1300. 1310. 1320. 0. 20. 40. 60. Wavenumber. 0.0004. 1320. 0. Wavenumber. 0.87904 Value. 0.312 1310. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.0002. 1300. 140. 0.0006. Equation. 1290. 120. 0.0008. Delta A. Absorption. 0.320. 100. Time(s). 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. 0.328. 80. 20. 40. Standard Error. C. Intercept. 1.39789E-4. 5.60267E-5. C. Slope. 5.10426E-6. 6.63747E-7. 60. 80. 100. 120. Time(s). 圖 3-38 在 1304cm-1 以雷射強度 0.771mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正後)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 55. 140.

(62) Absorption. 0.336. 0.328. 0.010. 0.008. Delta A. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. 0.006. 0.004 Equation Adj. R-Square. 0.320 1300. 1310. 0. 1320. 20. H. Intercept. H. Slope. 40. 60. 0.00105. 6.51857E-5. 1.24483E-5. 100. 120. 0.0008. 0.0006. 0.0004 Equation. 0.0002. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.90076 Value. 0.320. 0.0000. 1290. 140. 0.0010. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Delta A. Absorption. 0.328. 80. Standard Error. 0.00126. Time(s). Wavenumber. 0.336. 0.76758 Value. 0.002. 1290. y = a + b*x. 1300. 1310. 0. 1320. 20. 40. Standard Error. C. Intercept. 2.38947E-5. 6.14481E-5. C. Slope. 6.24573E-6. 7.27975E-7. 60. 80. 100. 120. Time(s). Wavenumber. 圖 3-39 在 1304cm-1 以雷射強度 0.77mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正後)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 56. 140.

(63) 0.335. 0.330. Equation. 0.010. Adj. R-Square. y = a + b*x 0.92552 Value. 0.008. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. -0.0015. 6.91189E-4. 8.20525E-5. 8.18851E-6. 0.006. Delta A. Absorption. 0.340. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. 0.004 0.002. 0.325. 0.000 -0.002. 1290. 1300. 1310. 0. 1320. 20. 40. 60. 0.330. Equation. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Adj. R-Squar. 0.0008. 120. 140. 120. 140. y = a + b* 0.93367 Value. Standard Erro. C. Intercept. 6.11661E-. 4.34479E-5. C. Slope. 5.48619E-. 5.14726E-7. 0.0006. Delta A. Absorption. 0.335. 100. Time(s). Wavenumber. 0.340. 80. 0.0004. 0.325 0.0002. 1290. 1300. 1310. 0. 1320. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). Wavenumber. 圖 3-40 在 1304cm-1 以雷射強度 0.75mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正後)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 57.

(64) Absorption. 0.330. 0.325. 0.008. Delta A. 0.335. 0.012. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. 0.004 Equation. 0.320. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.8386. 0.000. Value. 0.315 1290. 1300. 1310. 0. 1320. 20. Intercept. 1.38193E-4. 0.00102. H. Slope. 7.91667E-5. 1.21341E-5. 40. 60. Wavenumber. 0.328. 80. 100. 120. 140. 120. 140. Time(s). Equation. 0.2M L-cysteine 15s 30s 45s 60s 75s 90s 105s 120s 135s. Adj. R-Squar. 0.0012. Delta A. Absorption. 0.336. Standard Error. H. y = a + b*x 0.93979 Value. Standard Erro. C. Intercept. 1.14802E-. 5.50315E-5. C. Slope. 7.31467E-. 6.51956E-7. 0.0008. 0.0004. 0.320. 1290. 1300. 1310. 1320. 0.0000 0. Wavenumber. 20. 40. 60. 80. 100. Time(s). 圖 3-41 在 1304cm-1 以雷射強度 0.728mJ 對 0.2M L-cysteine 的光分解紅外光譜(修正後)，以及以面積和高度分別計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解. 58.

(65) 由吸收值差對照光時間作圖得到的一次線性適解斜率可以經由前面導出的公式來計算量子產率吸收峰的位置雷射強度. 1429. 1400. 1351. 1304. -1. (cm ) 面積. 高度. 面積. 高度. 面積. 高度. 面積. 高度. 0.771. 76.4%. 47.5%. 19.9%. 29.6%. 18.9%. 22.7%. 29.8%. 33.6%. 0.77. 85.3%. 56.4%. 22.4%. 36.4%. 26.1%. 29.1%. 28.7%. 41.2%. 0.75. 90.3%. 59.2%. 23.9%. 32.1%. 18.8%. 23.5%. 37.1%. 37.1%. 0.728. 79.9%. 53.6%. 29.4%. 46.6%. 27.5%. 23.3%. 36.8%. 51.0%. 0.34. 113%. 92.1%. 40.2%. 55.4%. 34.7%. 23.8%. 51.0%. 81.6%. 0.34. 97.6%. 50.0%. 30.7%. 38.0%. 31.1%. 22.1%. 44.9%. 40.0%. 0.342. 93.7%. 66.2%. 32.8%. 55.4%. 33.1%. 21.3%. 42.2%. 70.3%. 0.308. 54.7%. 38.8%. 26.9%. 36.1%. 27.3%. 27.4%. 35.3%. 35.1%. 0.311. 65.2%. 39.6%. 25.5%. 34.6%. 23.5%. 29.3%. 27.5%. 29.2%. 0.181. 71.0%. 52.9%. 24.8%. 29.6%. 16.9%. 24.0%. 33.3%. 40.3%. 0.16. 56.3%. 39.8%. 15.9%. 23.7%. 18.8%. 21.1%. 25.7%. 24.3%. 0.174. 67.9%. 49.3%. 14.7%. 25.3%. 12.5%. 13.7%. 24.2%. 25.4%. 0.171. 45.2%. 28.3%. 10.7%. 17.6%. 9.12%. 12.8%. 19.0%. 23.8%. 0.205. 86.9%. 84.0%. 46.2%. 32.1%. 52.8%. 63.5%. 60.3%. 83.4%. (mJ/pulse). 表 3-2 0.2M L-cysteine 的光分解量子產率. 59.

(66) 吸收峰的位置雷射強度. 1429. 1400. 1351. 1304. -1. (cm ) 面積. 高度. 面積. 高度. 面積. 高度. 面積. 高度. 0.644. 92.0%. 58.8%. 14.2%. 30.1%. 8.15%. 12.0%. 33.1%. 42.9%. 0.657. 102%. 51.0%. 8.54%. 24.0%. 4.26%. 4.55%. 21.9%. 33.7%. 0.469. 75.3%. 44.5%. 12.6%. 22.9%. 6.68%. 6.30%. 42.6%. 42.0%. 0.477. 75.7%. 46.7%. 16.0%. 30.7%. 9.91%. 16.1%. 17.6%. 39.8%. 0.543. 75.2%. 47.1%. 14.7%. 23.7%. 11.3%. 18.8%. 31.8%. 35.5%. 0.498. 76.5%. 43.3%. 19.5%. 21.7%. 8.63%. 23.5%. 3.34%. 26.3%. 0.488. 70.6%. 43.2%. 12.1%. 17.9%. 1.12%. 11.1%. 15.3%. 19.8%. 0.495. 59.2%. 29.2%. 12.0%. 15.7%. 7.16%. 11.1%. 13.2%. 15.4%. 0.534. 45.6%. 30.5%. 17.9%. 28.8%. 18.6%. 19.1%. 26.9%. 34.3%. (mJ/pulse). 表 3-3 0.1M L-cysteine 的光分解量子產率. 60.

(67) 將表 3-1、3-2 中光分解雷射強度相近的量子產率取平均值並計算出標準差，再由計算得到的結果整理成列表如下：吸收峰的位置雷射強度. 1429. 1400. (cm-1) 面積. 高度. 面積. 高度. 0.755. 59.3±4.3%. 38.7±3.6%. 23.9±4.0%. 36.2±7.5%. 0.328. 60.7±17.3% 41.0±16.0%. 31.2±5.8%. 43.9±10.6%. 0.178. 46.8±11.2% 36.3±14.9% 22.5±14.2%. 25.7±5.6%. (mJ/pulse). 表 3-4 0.2M L-cysteine 的平均光分解量子產率及誤差. 吸收峰的位置雷射強度. 1351. 1304. (cm-1) 面積. 高度. 面積. 高度. 0.755. 22.8±4.6%. 24.7±3.0%. 33.1±4.5%. 40.7±7.5%. 0.328. 29.9±4.5%. 24.8±3.4%. 40.2±9.1%. 51.2±23.2%. 0.178. 22.0±17.6% 27.0±21.7% 32.5±20.1% 39.4±32.1%. (mJ/pulse). 表 3-5 0.2M L-cysteine 的平均光分解量子產率及誤差. 吸收峰的位置雷射強度. 1429. 1400. (cm-1) 面積. 高度. 面積. 高度. 74.7±16.4%. 43.8±9.3%. 14.2±3.3%. 23.9±5.2%. (mJ/pulse) 0.755 吸收峰的位置雷射強度. 1351. 1304. (cm-1) 面積. 高度. 面積. 高度. 8.4±4.9%. 13.6±6.2%. 22.9±12.0%. 32.2±9.7%. (mJ/pulse) 0.755. 表 3-6 0.1M L-cysteine 的平均光分解量子產率及誤差. 61.

(68) 3.3.4 左旋酪胺酸的莫耳吸收係數以及對 213 nm 光子的吸收截面積跟左旋半胱氨酸一樣，配製三種不同濃度的左旋酪氨酸溶液來測量莫耳吸收係數以及對 213 nm 光子的吸收截面積，以下是測量的結果： 0.05M L-tyrosine 0.025M L-tyrosine 0.0125M L-tyrosine water. 0.65. 0.60. Absorption. Absorption. 0.60. 0.05M L-tyrosine 0.025M L-tyrosine 0.0125M L-tyrosine water. 0.65. 0.55. 0.50. 0.55. 0.50. 0.45. 0.45 1200. 1300. 1400. 1500. 1200. 1300. Wavenumber. 1400. 1500. Wavenumber. 圖 3-42 修正前和修正後的 L-tyrosine 紅外光譜 0.52. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.64. 0.94551 Value. B. Intercept. B. Slope. Adj. R-Square. y = a + b* 0.94671. Standard Error. Value. 0.46276. 0.00598. B. Intercept. 432.53067. 72.38526. B. Slope. 0.50. Absorption. Absorption. 0.51. Equation. 0.49. Standard Error. 0.57285. 0.00742. 542.0772. 89.688. 0.62. 0.60. 0.48. 0.47. 0.58 0.00003. 0.00006. 0.00009. 0.00012. 0.00003. (Path length)*(Molarity) -1. 0.00006. 0.00009. 0.00012. (Path length)*(Molarity) -1. 圖 3-43 在 1270cm 和 1499cm 以高度計算的吸收值對光徑長和體積莫耳濃度的乘積作圖得一次線性適解. 62.

(69) Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. Equation Value. B. Intercept. B. Slope. Standard Error. 0.12433. 0.14306. 13147.91796. 1730.30017. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.97007 Value. 0.5. Absorption. Absorption. 1.6. 0.6. 0.96595. 1.2. 0.8. B. Intercept. B. Slope. Standard Error. -0.05006. 0.05077. 4982.43233. 614.11109. 0.4 0.3 0.2 0.1. 0.4 0.00003. 0.00006. 0.00009. 0.00012. 0.00003. (Path length)*(Molarity). 0.00006. 0.00009. 0.00012. (Path length)*(Molarity). 圖 3-44 在 1270cm-1 和 1499cm-1 以面積計算的吸收值對光徑長和體積莫耳濃度的乘積作圖得一次線性適解. 由圖 3-43、3-44 所得到的結果，L-tyrosine 在 1270 cm-1 和 1499 cm-1 的莫耳吸收係數：吸收峰位置. 1270 cm-1. 1499 cm-1. 吸收值計算方式. 面積. 高度. 面積. 高度. 莫耳吸收係數(ε). 13148. 433. 4982. 542. 表 3-7 L-tyrosine 在 1270 cm-1 和 1499cm-1 的莫耳吸收係數. 63.

(70) Detector(mV) Sample. Equation. 1.2. D2. D1. D2. Water. 89.6. 520. 88.8. 528. 0.05M L-cysteine. 90.4. 144. 86.4. 152. 0.025M L-cysteine. 88.8. 288. 84. 272. 0.0125M L-cysteine. 87.2. 368. 80. 368. 1.4. y = a + b*x. Adj. R-Square. Intercept. B. Slope. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.99742. B. Second time. D1. Value. 1.0. First time. Standard Error. -0.04845. 0.03025. 1.68906E-17. 6.06652E-19. 1.2. 0.9904 Value. B B. Intercept Slope. -0.03693 1.74702E-17. Standard Error 0.06048 1.21317E-18. Absorption. Absorption. 1.0 0.8 0.6. 0.8 0.6. 0.4 0.4 0.2 0.2 2.00E+016. 4.00E+016. 6.00E+016. 8.00E+016. (Path length)*(Density of molecule). 2.00E+016. 4.00E+016. 6.00E+016. (Path length)*(Density of molecule). 圖 3-45 L-tyrosine 對於 213nm 光子的吸收對光徑長和分子密度的乘積作圖得一次線性適解. 由圖 3-45 所得到的結果，L-tyrosine 對於 213 nm 光子的吸收截面積(σ)為 1.718×10-17 cm2。. 64. 8.00E+016.

(71) 3.3.5 左旋酪胺酸在 pH13 水溶液中的 213 nm 光分解就如同左旋半胱胺酸的實驗內容，我們配製了不同濃度的左旋酪胺酸水溶液並且使用不同強度的雷射來進行光分解實驗，最後將獲得的光分解紅外光譜根據前面所推導的公式計算出左旋酪胺酸在水中的光分解量子產率。跟左旋半胱胺酸不同的是左旋酪胺酸是將其溶解在加入 NaOH 的水溶液中，目的是要增加在水中的溶解度，以利於我們觀察左旋酪胺酸在光分解之後的濃度變化。以下為左旋酪胺酸的光分解紅外光譜以及光譜上的吸收值差對照光時間作圖的結果：. 65.

(72) Absorption. 0.38. 0.37. Equation. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. 0.08. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.98529 Value. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. 0.00107. 0.00265. 2.37892E-4. 1.18502E-5. 0.06. Delta A. 0.39. 0.04. 0.36 0.02. 0.35 1240. 1260. 1280. 1300. 50. 100. 150. Wavenumber. 0.46. 250. 300. 350. 300. 350. 300. 350. 300. 350. Time(s) 0.030. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.99759 Value. 0.025. H. Intercept. H. Slope. Standard Error. -5.43264E-4. 3.74294E-4. 8.34311E-5. 1.67389E-6. 0.020. Delta A. Absorption. 0.48. 200. 0.44. 0.015 0.010 0.005. 0.42. 0.000. 1490. 1495. 1500. 1505. 50. 1510. Wavenumber. Absorption. 0.38 0.37. 0.0025. 150. 200. 250. Time(s) Equation y = a + b* Adj. R-Square 0.98157 C C. Value Standard Error -6.82751E-5 9.97551E-5 7.98828E-6 4.46118E-7. Intercept Slope. 0.0020. Delta A. 0.39. 0.0030. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. 100. 0.36. 0.0015 0.0010 0.0005. 0.35. 0.0000 1240. 1260. 1280. 1300. 50. Wavenumber. 0.46. 0.0035. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. 0.0025. 0.44. 150. 200. 250. Time(s) Equation. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.0030. Delta A. Absorption. 0.48. 100. 0.98499 Value. C. Intercept. C. Slope. Standard Error. -5.82036E-5. 1.065E-4. 9.4635E-6. 4.76282E-7. 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005. 0.42 1485. 1490. 1495. 1500. 1505. 1510. 50. Wavenumber. 100. 150. 200. 250. Time(s). 圖 3-46 在 1270 及 1499cm-1 以雷射強度 0.439mJ 對 0.05M L-tyrosine 的光分解紅外光譜 (修正後)，以及以面積和高度計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解 66.

(73) 0.40. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. 0.38. 0.36. 1240. 1260. 1280. Intercept. H. Slope. 0.00309. 1.86729E-4. 1.38157E-5. 0.02. 50 0.016. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. 100. 150. Delta A. 0.012. 1495. 1500. 1505. H. Intercept. H. Slope. 4.81423E-4. 3.96178E-5. 2.15299E-6. 50. 100. 150. 0.0025. 350. 250. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.90356 Value. 0.0020. Delta A. Absorption. Equation. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. Standard Error. C. Intercept. 1.75143E-5. 1.88344E-4. C. Slope. 6.37131E-6. 8.42298E-7. 0.0015 0.0010 0.0005. 0.35. 0.0000. 1240. 1260. 1280. 50. 1300. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 300. 350. Time(s). Wavenumber Equation. 0.05M L-tyrosine 50s 100s 150s 200s 250s 300s 350s. Adj. R-Square. 0.0016. Delta A. Absorption. 200. Time(s). 0.36. 0.46. 300. Standard Error. 0.00156. 0.008. 1510. 0.37. 0.47. 350. 0.98254. Wavenumber. 0.48. 300. 0.004. 1490. 1220. 250. y = a + b*x Value. 0.44. 0.38. 200. Time(s) Equation Adj. R-Square. 0.45. 0.39. Standard Error. -0.0057. 0.03. 1300. Wavenumber. Absorption. H. 0.00. 1220. 0.46. 0.96803. 0.01. 0.35. 0.47. y = a + b*x. Adj. R-Square. 0.04. 0.37. 0.48. Equation. Value. 0.05. Delta A. Absorption. 0.39. 0.06. 0.45. y = a + b*x 0.9029 Value. Standard Error. C. Intercept. 2.31082E-4. 1.36233E-4. C. Slope. 4.59144E-6. 6.09252E-7. 0.0012. 0.0008. 0.44 0.43. 0.0004 1490. 1500. 1510. 50. Wavenumber. 100. 150. 200. 250. Time(s). 圖 3-47 在 1270 及 1499cm-1 以雷射強度 0.536mJ 對 0.05M L-tyrosine 的光分解紅外光譜 (修正後)，以及以面積和高度計算的吸收值差(ΔA)對照光時間(Δt)作圖得一次線性適解 67.