वृत्तीय द्विवर्णता

वृत्तीय द्विवर्णता (सीडी) है जिसमें वृत्तीय ध्रुवीकरण प्रकाश, अर्थात बाएँ और दाएँ हाथ के प्रकाश का विभेदक अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) सम्मलित है। बाएँ हाथ का वृत्तीय (एलएचसी) और दाएँ हाथ का वृत्तीय (आरएचसी) ध्रुवीकृत प्रकाश एक फोटॉन के लिए प्रकाश अवस्थाओं के दो संभावित स्पिन कोणीय गति का प्रतिनिधित्व करता है, और इसलिए वृत्तीय द्विवर्णता को स्पिन कोणीय गति के लिए द्विवर्णता भी कहा जाता है। इस घटना की खोज 19वीं सदी के पहले भाग में जीन-बैप्टिस्ट बायोट, ऑगस्टिन फ्रेस्नेल और ऐमे कॉटन ने की थी। वृत्तीय द्विवर्णता और ऑप्टिकल रोटेशन ऑप्टिकल गतिविधि की अभिव्यक्तियाँ हैं। यह ऑप्टिकल गतिविधि चिरलिटी (रसायन विज्ञान) अणुओं के अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) में प्रदर्शित होता है। सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी में कई भिन्न-भिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। विशेष रूप से, पराबैंगनी सीडी का उपयोग प्रोटीन की द्वितीयक संरचना की जांच के लिए किया जाता है। यूवी/विज़ सीडी का उपयोग चार्ज-ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स की जांच के लिए किया जाता है। निकट-अवरक्त सीडी का उपयोग संक्रमण धातु डी ऑर्बिटल → डी कक्षीय संक्रमणों की जांच करके आणविक संरचना और इलेक्ट्रॉनिक संरचना की जांच के लिए किया जाता है। कंपन संबंधी वृत्तीय द्विवर्णता, जो अवरक्त ऊर्जा क्षेत्र से प्रकाश का उपयोग करता है, का उपयोग छोटे कार्बनिक अणुओं और हाल ही में प्रोटीन और डीएनए के संरचनात्मक अध्ययन के लिए किया जाता है।

भौतिक सिद्धांत

प्रकाश का वृत्तीय ध्रुवीकरण

Main article: गोलाकार ध्रुवीकरण

विद्युत चुम्बकीय विकिरण में ${\boldsymbol {E}}$ एक विद्युत होता है और चुंबकीय ${\boldsymbol {B}}$ क्षेत्र जो एक दूसरे से लम्बवत् और प्रसार दिशा में दोलन करता है। एक अनुप्रस्थ तरंग प्रकाश तब होता है जब विद्युत क्षेत्र सदिश मात्र एक समतल में दोलन करता है, गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश तब होता है जब विद्युत क्षेत्र सदिश की दिशा इसके प्रसार की दिशा में घूमती है जबकि सदिश निरंतर परिमाण बनाए रखता है। स्पेस में एक बिंदु पर, गोलाकार ध्रुवीकृत-सदिश तरंग आवृत्ति की एक अवधि में एक चक्र का पता लगाता है, इसलिए नाम नीचे दिए गए दो चित्र एक समय में, कई स्थितियों के लिए रैखिक और गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के विद्युत क्षेत्र सदिश दिखाते हैं; गोलाकार ध्रुवीकृत विद्युत सदिश का प्लॉट प्रसार की दिशा में एक हेलिक्स ${\boldsymbol {k}}$ बनाता है। प्रेक्षक की ओर प्रसार के साथ बाएं गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश (एलसीपी) के लिए, विद्युत सदिश दक्षिणावर्त घूमता है। दाएं गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश (आरसीपी) के लिए, विद्युत सदिश दक्षिणावर्त घूमता है।

पदार्थ के साथ गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश की परस्पर क्रिया

जब गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश एक अवशोषित वैकल्पिक रूप से सक्रिय माध्यम से गुजरता है, तो दाएं और बाएं ध्रुवीकरणों के बीच ($c_{\mathrm {L} }\neq c_{\mathrm {R} }$) की गति भिन्न होती है, साथ ही साथ उनकी तरंग दैर्ध्य ($\lambda _{\mathrm {L} }\neq \lambda _{\mathrm {R} }$) और जिस सीमा तक वे ($\varepsilon _{\mathrm {L} }\neq \varepsilon _{\mathrm {R} }$) अवशोषित होते हैं, वृत्तीय द्विवर्णता अंतर $\Delta \varepsilon \equiv \varepsilon _{\mathrm {L} }-\varepsilon _{\mathrm {R} }$ है। एक प्रकाश किरण का विद्युत क्षेत्र अणु (विद्युत द्विध्रुव) के साथ परस्पर क्रिया करते समय आवेश के रैखिक विस्थापन का कारण बनता है, जबकि इसका चुंबकीय क्षेत्र आवेश के संचलन (चुंबकीय द्विध्रुव) का कारण बनता है। ये दो गति संयुक्त रूप से एक हेलिकल गति में एक इलेक्ट्रॉन के उत्तेजना का कारण बनती हैं, जिसमें अनुवाद (भौतिकी) और वर्तन और उनके संबंधित ऑपरेटर (गणित) सम्मलित हैं। एक मॉडल की घूर्णी शक्ति $R$ और $\Delta \varepsilon$ के बीच प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित संबंध द्वारा दिया गया है।

$R_{\mathrm {exp} }={\frac {3hc10^{3}\ln(10)}{32\pi ^{3}N_{\mathrm {A} }}}\int {\frac {\Delta \varepsilon }{\nu }}\mathrm {d} {\nu }$

घूर्णी शक्ति भी सैद्धांतिक रूप से निर्धारित की गई है,

$R_{\mathrm {theo} }={\frac {1}{2mc}}\mathrm {Im} \int \Psi _{g}{\widehat {M}}_{\mathrm {(elec.dipole)} }\Psi _{e}\mathrm {d} \tau \bullet \int \Psi _{g}{\widehat {M}}_{\mathrm {(mag.dipole)} }\Psi _{e}\mathrm {d} \tau$

हम इन दो समीकरणों से देखते हैं कि गैर-शून्य होने के लिए $\Delta \varepsilon$ विद्युत और चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण संचालक (${\widehat {M}}_{\mathrm {(elec.dipole)} }$ और ${\widehat {M}}_{\mathrm {(mag.dipole)} }$) समान समूह सिद्धांत के रूप में परिवर्तित होना चाहिए, $\mathrm {C} _{n}$ और $\mathrm {D} _{n}$ मात्र बिंदु समूह हैं जहां यह हो सकता है, जिससे मात्र चिरल अणु सीडी सक्रिय हो जाते हैं।

सीधे शब्दों में कहें, चूंकि गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश स्वयं चिराल है, यह चिरायता (रसायन विज्ञान) के साथ भिन्न प्रकार से संपर्क करता है। अर्थात्, दो प्रकार के गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश भिन्न-भिन्न सीमा तक अवशोषित होते हैं। एक सीडी प्रयोग में, एक चयनित तरंग दैर्ध्य के बाएँ और दाएँ गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश की समान मात्रा को वैकल्पिक रूप से एक (चिरल) मॉडल में विकीर्ण किया जाता है। दो ध्रुवीकरणों में से एक दूसरे की तुलना में अधिक अवशोषित होता है, और अवशोषण के इस तरंग दैर्ध्य-निर्भर अंतर को मापा जाता है, जिससे मॉडल के सीडी स्पेक्ट्रम का उत्पादन होता है। अणु के साथ परस्पर क्रिया के कारण, प्रकाश का विद्युत क्षेत्र सदिश मॉडल से गुजरने के पश्चात एक अण्डाकार पथ का पता लगाता है।

यह महत्वपूर्ण है कि अणु की चिरायता संरचनात्मक के बजाय गठनात्मक हो सकती है। उदाहरण के लिए, एक हेलिकल प्रोटीन माध्यमिक संरचना वाले प्रोटीन अणु में एक सीडी हो सकती है जो रचना में परिवर्तन के साथ बदलती है।

डेल्टा अवशोषक

परिभाषा से,

$\Delta A=A_{\mathrm {L} }-A_{\mathrm {R} }\,$

जहाँ $\Delta A$ (डेल्टा अवशोषक) बाएं गोलाकार ध्रुवीकृत (एलसीपी) और दाएं गोलाकार ध्रुवीकृत (आरसीपी) प्रकाश के अवशोषण के बीच का अंतर है (यह सामान्यतः मापा जाता है)। $\Delta A$ तरंग दैर्ध्य का एक कार्य है, इसलिए उसे ज्ञात होना चाहिए की माप के अर्थपूर्ण होने के लिए जिस तरंग दैर्ध्य पर यह किया गया था।

मोलर सर्कुलर डाइक्रोइज्म

इसे बीयर के नियम को लागू करके भी व्यक्त किया जा सकता है:

$\Delta A=(\varepsilon _{\mathrm {L} }-\varepsilon _{\mathrm {R} })Cl\,$

जहाँ

$\varepsilon _{\mathrm {L} }$ और $\varepsilon _{\mathrm {R} }$ एलसीपी और आरसीपी प्रकाश के लिए मोलर विलोपन गुणांक हैं।

$C$ मोलर एकाग्रता है।

$l$ सेंटीमीटर (सेमी) में पथ की लंबाई है।

जब

$\Delta \varepsilon =\varepsilon _{\mathrm {L} }-\varepsilon _{\mathrm {R} }\,$

मोलर वृत्तीय द्विवर्णता है। यह आंतरिक संपत्ति वह है जो सामान्यतः पदार्थ के वृत्तीय द्विवर्णता से होती है। तब से $\Delta \varepsilon$ तरंग दैर्ध्य का एक कार्य है, एक मोलर वृत्तीय द्विवर्णता मान ($\Delta \varepsilon$) तरंग दैर्ध्य निर्दिष्ट करना चाहिए जिस पर यह मान्य है।

परिपत्र द्विवर्णता पर बाहरी प्रभाव

वृत्तीय द्विवर्णता (सीडी) के कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों में जैसा कि नीचे चर्चा की गई है, मापी गई सीडी मात्र अणु की आंतरिक संपत्ति नहीं है, अपितु आणविक रचना पर निर्भर करती है। ऐसी स्थिति में सीडी तापमान, एकाग्रता और सॉल्वैंट्स सहित रासायनिक वातावरण का एक कार्य भी हो सकता है। इस स्थिति में रिपोर्ट किए गए सीडी मूल्य को अर्थपूर्ण होने के लिए इन अन्य प्रासंगिक कारकों को भी निर्दिष्ट करा जा सकता है।

दो गुना घूर्णी समरूपता, ऑप्टिकल गतिविधि की कमी वाली क्रमबद्ध संरचनाओं में, अंतर संचरण सहित और प्रतिबिंब गोलाकार ध्रुवीकृत तरंगें सामग्री के माध्यम से प्रसार दिशा पर भी निर्भर करती हैं। इस स्थिति में, तथाकथित चिरलिटी (विद्युत चुंबकत्व) एक्सट्रिंसिक 3डी चिरायता प्रकाश किरण और संरचना के पारस्परिक अभिविन्यास से जुड़ी है।

मोलर अण्डाकारता

यद्यपि $\Delta A$ सामान्यतः मापा जाता है, ऐतिहासिक कारणों से अधिकांश माप अण्डाकारता की डिग्री में रिपोर्ट किए जाते हैं।

मोलर अण्डाकारता एकाग्रता के लिए सही किया गया वृत्तीय द्विवर्णता है। मोलर वृत्तीय द्विवर्णता और मोलर अण्डाकारता, $[\theta ]$, समीकरण द्वारा सरलता से परस्पर परिवर्तित हो जाते हैं:

अण्डाकार ध्रुवीकृत प्रकाश (बैंगनी) दाएं (नीले) और बाएं (लाल) गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के असमान योगदान से बना है।

:$[\theta ]=3298.2\,\Delta \varepsilon .\,$

यह संबंध ध्रुवीकरण (तरंगों) को परिभाषित करके प्राप्त किया गया है:

$\tan \theta ={\frac {E_{\mathrm {R} }-E_{\mathrm {L} }}{E_{\mathrm {R} }+E_{\mathrm {L} }}}\,$

जहाँ

$E_{\mathrm {R} }$ और $E_{\mathrm {L} }$ क्रमशः दाएं-गोलाकार और बाएं-वृत्तीय ध्रुवीकृत प्रकाश के विद्युत क्षेत्र सदिश (ज्यामिति) के परिमाण हैं।

जब $E_{\mathrm {R} }$ के समतुल्य होती है $E_{\mathrm {L} }$, $\theta$ 0° है(जब दाएं और बाएं गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के अवशोषण में कोई अंतर नहीं होता है), और प्रकाश रैखिक ध्रुवीकरण है। जब भी $E_{\mathrm {R} }$ या $E_{\mathrm {L} }$ शून्य के समतुल्य है (जब एक दिशा में गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश का पूर्ण अवशोषण होता है), $\theta$ 45° है और प्रकाश वृत्तीय ध्रुवीकरण है।

सामान्यतः परिपत्र द्वैतवाद प्रभाव छोटा होता है, इसलिए $\tan \theta$ छोटा है और रेडियन में $\theta$ के रूप में अनुमानित किया जा सकता है। चूँकि प्रकाश की दीप्तिमान तीव्रता या विकिरण, $I$, विद्युत-क्षेत्र सदिश के वर्ग के समानुपाती होता है, दीर्घवृत्त बन जाता है:

$\theta ({\text{radians}})={\frac {(I_{\mathrm {R} }^{1/2}-I_{\mathrm {L} }^{1/2})}{(I_{\mathrm {R} }^{1/2}+I_{\mathrm {L} }^{1/2})}}\,$

फिर बीयर-लैंबर्ट नियम का उपयोग करने के लिए इसे प्रतिस्थापन करके प्राकृतिक लघुगणक रूप में बीयर का नियम लागू करते है:

$I=I_{0}\mathrm {e} ^{-A\ln 10}\,$

दीर्घवृत्त को अब इस प्रकार लिखा जा सकता है:

$\theta ({\text{radians}})={\frac {(\mathrm {e} ^{{\frac {-A_{\mathrm {R} }}{2}}\ln 10}-\mathrm {e} ^{{\frac {-A_{\mathrm {L} }}{2}}\ln 10})}{(\mathrm {e} ^{{\frac {-A_{\mathrm {R} }}{2}}\ln 10}+\mathrm {e} ^{{\frac {-A_{\mathrm {L} }}{2}}\ln 10})}}={\frac {\mathrm {e} ^{\Delta A{\frac {\ln 10}{2}}}-1}{\mathrm {e} ^{\Delta A{\frac {\ln 10}{2}}}+1}}\,$

चूँकि $\Delta A\ll 1$, इस व्यंजक को पहले-क्रम में टेलर श्रृंखला में घातांकों का विस्तार करके और फिर एकता की तुलना में $\Delta A$ की शर्तों को छोड़कर और रेडियन से डिग्री परिवर्तित करके अनुमानित किया जा सकता है:

$\theta ({\text{degrees}})=\Delta A\left({\frac {\ln 10}{4}}\right)\left({\frac {180}{\pi }}\right)\,$

मोलर अण्डाकारता को परिभाषित करके विलेय सांद्रता और पथ की लंबाई की रैखिक निर्भरता को हटा दिया जाता है,

$[\theta ]={\frac {100\theta }{Cl}}\,$

फिर बीयर-लैंबर्ट नियम के साथ अंतिम दो अभिव्यक्ति का संयोजन बीयर का नियम, मोलर दीर्घवृत्त बन जाता है:

$[\theta ]=100\,\Delta \varepsilon \left({\frac {\ln 10}{4}}\right)\left({\frac {180}{\pi }}\right)=3298.2\,\Delta \varepsilon \,$

मोलर अण्डाकारता की इकाइयाँ ऐतिहासिक रूप से (deg·cm²/dmol) है, मोलर अण्डाकारता की गणना करने के लिए, मॉडल एकाग्रता (g/L), कोशिका पथ-लम्बाई (cm), और आणविक भार (g/mol) ज्ञात होता है।

यदि मॉडल एक प्रोटीन है, तो औसत अवशेष भार (अमीनो एसिड अवशेषों का औसत आणविक भार) अधिकांशतः आणविक भार के स्थान पर उपयोग किया जाता है, अनिवार्य रूप से प्रोटीन को अमीनो एसिड के समाधान के रूप में माना जाता है। औसत अवशेष अण्डाकारता का उपयोग विभिन्न आणविक भार के प्रोटीन की सीडी की तुलना करने की सुविधा प्रदान करता है; प्रोटीन संरचना के अध्ययन में इस सामान्यीकृत सीडी का उपयोग महत्वपूर्ण है।

औसत अवशेष अण्डाकारता

विशेष रूप से पॉलिमर, प्रोटीन और पॉलीपेप्टाइड्स में द्वितीयक संरचना का अनुमान लगाने के विधियों के लिए अधिकांशतः आवश्यकता होती है, मापी गई मोलर दीर्घवृत्तीयता स्पेक्ट्रम को सामान्यीकृत मान में परिवर्तित किया जाए, विशेष रूप से बहुलक लंबाई से स्वतंत्र मूल्य इस प्रयोजन के लिए औसत अवशेष अण्डाकारता का उपयोग किया जाता है; यह मात्र अणु में मोनोमर इकाइयों (अवशेषों) की संख्या से विभाजित अणु की मोलर अण्डाकारता है।

जैविक अणुओं के लिए आवेदन

ऊपरी पैनल: एमबीपी-साइटोक्रोम B₆ के पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य क्षेत्र (यूवी-सीडी) में परिपत्र द्विवर्णता स्पेक्ट्रोस्कोपी विभिन्न डिटर्जेंट समाधानों में संलयन प्रोटीन, यह दर्शाता है कि डीएम, साथ ही ट्राइटन एक्स-100 समाधान में प्रोटीन ने अपनी संरचना को पुनः प्राप्त किया जाता है। चूंकि एसडीएस समाधान से प्राप्त स्पेक्ट्रा 200 और 210 एनएम के बीच की सीमा में घटी हुई अण्डाकारता दिखाता है, जो अपूर्ण माध्यमिक संरचना पुनर्प्राप्ति को इंगित करता है।
निचला पैनल: सीडीएसएसटीआर कलन विधि का उपयोग करके सीडी स्पेक्ट्रा से अनुमानित माध्यमिक संरचनाओं की सामग्री एसडीएस समाधान में प्रोटीन अनियंत्रित संरचनाओं की बढ़ी हुई सामग्री और हेलिस सामग्री में कमी दिखाता है।

सामान्यतः, इस घटना को किसी ऑप्टिकल गतिविधि अणु के अवशोषण बैंड में प्रदर्शित किया जाता है। एक परिणाम के रूप में, उनके डेक्सट्रोटरी और लेवोरोटरी घटकों के कारण, जैविक अणुओं द्वारा वृत्तीय द्विवर्णता का प्रदर्शन किया जाता है। इससे भी अधिक महत्वपूर्ण यह है कि एक द्वितीयक संरचना अपने संबंधित अणुओं को एक भिन्न सीडी भी प्रदान करती है। इसलिए, प्रोटीन के अल्फा हेलिक्स और न्यूक्लिक एसिड के दोहरी कुंडली में सीडी वर्णक्रमीय हस्ताक्षर उनकी संरचनाओं के प्रतिनिधि हैं। एक प्रतिनिधि संरचनात्मक हस्ताक्षर देने के लिए सीडी की क्षमता इसे आधुनिक जैव रसायन में एक शक्तिशाली उपकरण बनाती है, जो कि अध्ययन के लगभग हर क्षेत्र में पाया जा सकता है।

सीडी ऑप्टिकल रोटेटरी विस्तार (ओआरडी) तकनीक से निकटता से संबंधित है, और इसे सामान्यतः अधिक उन्नत माना जाता है। सीडी को ब्याज के अणु के अवशोषण बैंड में या उसके पास मापा जाता है, जबकि ओआरडी को इन बैंडों से दूर मापा जा सकता है। डेटा विश्लेषण में सीडी का लाभ स्पष्ट है। संरचनात्मक तत्व अधिक स्पष्ट रूप से प्रतिष्ठित हैं क्योंकि उनके रिकॉर्ड किए गए बैंड विशेष तरंग दैर्ध्य पर व्यापक रूप से ओवरलैप नहीं होते हैं जैसा कि वे ओआरडी में करते हैं। सिद्धांत रूप में, इन दो वर्णक्रमीय मापों को एक अभिन्न परिवर्तन (क्रामर्स-क्रोनिग संबंध) के माध्यम से एक दूसरे में परिवर्तित किया जा सकता है, यदि माप में सभी अवशोषण सम्मलित हैं।

प्रोटीन के दूर-यूवी (पराबैंगनी) सीडी स्पेक्ट्रम उनकी माध्यमिक संरचना की महत्वपूर्ण विशेषताओं को प्रकट कर सकते हैं। सीडी स्पेक्ट्रा का सरलता से एक अणु के अंश का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया जा सकता है जो अल्फा-हेलिक्स संरचना, बीटा पत्रक संरचना, बीटा बारी संरचना, या कुछ अन्य (जैसे यादृच्छिक कॉइल) संरचना में है। ये भिन्नात्मक असाइनमेंट प्रोटीन में हो सकने वाले संभावित द्वितीयक अनुरूपताओं पर महत्वपूर्ण बाधाएँ डालते हैं। सामान्यतः, सीडी यह नहीं कह सकती है कि अणु के भीतर पाए जाने वाले अल्फा हेलिकॉप्टर जहाँ स्थित हैं या यहां तक ​​​​कि पूरे प्रकार से भविष्यवाणी करते हैं कि कितने हैं। इसके अतिरिक्त, सीडी एक मूल्यवान उपकरण है, विशेष रूप से रचना में परिवर्तन तथा उदाहरण के लिए, या फिर कह सकते है अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है कि अणु की द्वितीयक संरचना तापमान के कार्य के रूप में या विकृतीकरण एजेंटों की एकाग्रता के रूप में कैसे बदलती है। गुआनिडीन या यूरिया इस प्रकार यह अणु के बारे में महत्वपूर्ण ऊष्मप्रवैगिकी जानकारी प्रकट कर सकता है (जैसे तापीय धारिता और विकृतीकरण की गिब्स मुक्त ऊर्जा) जिसे अन्यथा सरलता से प्राप्त नहीं किया जा सकता है। प्रोटीन का अध्ययन करने का प्रयास करने वाले किसी भी व्यक्ति को व्यापक और/या महंगे प्रयोग करने से पहले यह सत्यापित करने के लिए सीडी एक मूल्यवान उपकरण मिलेगा कि प्रोटीन अपनी मूल संरचना में है। इसके अतिरिक्त, प्रोटीन रसायन विज्ञान में सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी के कई अन्य उपयोग हैं जो अल्फा-हेलिक्स अंश अनुमान से संबंधित नहीं हैं। इसके अतिरिक्त, जैव अकार्बनिक इंटरफ़ेस अध्ययनों में सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया गया है। विशेष रूप से इसका उपयोग अभिकर्मक के साथ अनुमापन से पहले और पश्चात में एक इंजीनियर प्रोटीन की माध्यमिक संरचना में अंतर का विश्लेषण करने के लिए किया गया है।

निकट-यूवी सीडी स्पेक्ट्रम (>250 एनएम) प्रोटीन तृतीयक संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है। 250–300 एनएम क्षेत्र में प्राप्त संकेत फेनिलएलनिन, टाइरोसिन, सिस्टीन (या एस-एस डाइसल्फ़ाइड बंधन) और ट्रिप्टोफैन एमिनो एसिड के अवशोषण, द्विध्रुवीय अभिविन्यास और आसपास के वातावरण की प्रकृति के कारण होते हैं। दूर-यूवी सीडी के विपरीत, निकट-यूवी सीडी स्पेक्ट्रम को किसी विशेष 3डी संरचना को नहीं सौंपा जा सकता है। अपितु, निकट-यूवी सीडी स्पेक्ट्रा प्रोटीन में प्रोस्थेटिक समूहों की प्रकृति पर संरचनात्मक जानकारी प्रदान करते हैं, उदाहरण के लिए, हीमोग्लोबिन और साइटोक्रोम सी में हीम समूह सम्मलित है।

दर्शनीय सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी धातु-प्रोटीन इंटरैक्शन का अध्ययन करने के लिए एक बहुत ही शक्तिशाली तकनीक है और भिन्न-भिन्न बैंड के रूप में व्यक्तिगत डी-डी इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों को समाधान कर सकती है। दृश्य प्रकाश क्षेत्र में सीडी स्पेक्ट्रा मात्र तब उत्पन्न होता है जब एक धातु आयन चिरल वातावरण में होता है, इस प्रकार, समाधान में मुक्त धातु आयनों का पता नहीं चलता है। यह मात्र प्रोटीन-बाध्य धातु को देखने का लाभ है, इसलिए पीएच निर्भरता और स्टोइकियोमेट्रीज सरलता से प्राप्त होते हैं। संक्रमण धातु आयन परिसरों में ऑप्टिकल गतिविधि को विन्यास, गठनात्मक और विकिनल प्रभाव के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। क्लेवपटीनोंड और विल्स (2007) ने Cu²⁺ और Ni²⁺ हिस्टडीन और मेन-चेन समन्वय से जुड़े स्क्वायर-प्लानर कॉम्प्लेक्स के लिए दृश्यमान सीडी स्पेक्ट्रा की उपस्थिति की भविष्यवाणी करने के लिए अनुभवजन्य नियमों का एक समूह तैयार किया है। ।

सीडी एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी और प्रोटीन एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी की तुलना में कम विशिष्ट संरचनात्मक जानकारी देता है, उदाहरण के लिए, जो दोनों परमाणु संकल्प डेटा देते हैं। चूंकि, सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी एक त्वरित विधि है जिसके लिए बड़ी मात्रा में प्रोटीन या व्यापक डेटा प्रोसेसिंग की आवश्यकता नहीं होती है। इस प्रकार सीडी का उपयोग बड़ी संख्या में विलायक स्थितियों, भिन्न-भिन्न तापमान, पीएच, लवणता और विभिन्न सहकारकों की उपस्थिति का सर्वेक्षण करने के लिए किया जा सकता है।

सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी सामान्यतः समाधान में प्रोटीन का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है, और इस प्रकार यह ठोस अवस्था का अध्ययन करने वाले विधियों का पूरक होता है। यह भी एक सीमा है, जिसमें कई प्रोटीन अपने मूल राज्य में जैविक झिल्ली में एम्बेडेड होते हैं, और झिल्ली संरचनाओं वाले समाधान अधिकांशतः जोरदार बिखरने वाले होते हैं। सीडी को कभी-कभी पतली फिल्मों में मापा जाता है।

TIO₂ जैसे अर्धचालक पदार्थों का उपयोग करके सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी भी की गई है तरंग दैर्ध्य की यूवी सीमा में बड़े संकेत प्राप्त करने के लिए, जहां जैव-अणुओं के लिए इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण अधिकांशतः होता है।

प्रायोगिक सीमाएँ

सीडी का कार्बोहाइड्रेट में भी अध्ययन किया गया है, लेकिन स्पेक्ट्रम के वैक्यूम पराबैंगनी (वीयूवी) क्षेत्र (100-200 एनएम) में सीडी स्पेक्ट्रा के मापन से जुड़ी प्रयोगात्मक कठिनाइयों के कारण सीमित सफलता के साथ, जहां असंबद्ध कार्बोहाइड्रेट के संबंधित सीडी बैंड स्थित हैं। वीयूवी क्षेत्र के ऊपर बैंड वाले प्रतिस्थापित कार्बोहाइड्रेट को सफलतापूर्वक मापा गया है।

सीडी का मापन इस तथ्य से भी जटिल है कि विशिष्ट जलीय बफर प्रणाली अधिकांशतः उस सीमा में अवशोषित होते हैं जहां संरचनात्मक विशेषताएं गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश अंतर अवशोषण प्रदर्शित करती हैं। फास्फेट, सल्फेट, कार्बोनेट और एसीटेट बफ़र सामान्यतः सीडी के साथ असंगत होते हैं जब तक कि अत्यधिक पतला नहीं किया जाता है। 10-50 एमएम सीमा में दूर-यूवी सीडी का प्रदर्शन करते समय टीआरआईएस बफर प्रणाली से पूरे प्रकार से बचा जाना चाहिए, सीडी प्रयोगों के लिए उचित पीएच सीमा स्थापित करने के लिए अधिकांशतः बोरेट और ओनियम यौगिकों का उपयोग किया जाता है। कुछ प्रयोगकर्ताओं ने क्लोराइड आयन के लिए फ्लोराइड को प्रतिस्थापित किया है क्योंकि फ्लोराइड सुदूर यूवी में कम अवशोषित करता है, और कुछ ने शुद्ध पानी में काम किया है। एक और लगभग सार्वभौमिक तकनीक है, सुदूर यूवी में काम करते समय छोटी पथ लंबाई कोशिकाओं का उपयोग करके विलायक अवशोषण को कम करना इस काम में 0.1 मिमी पथ लंबाई असामान्य नहीं है।

जलीय प्रणालियों में मापने के अतिरिक्त, सीडी, विशेष रूप से दूर-यूवी सीडी, कार्बनिक सॉल्वैंट्स में मापा जा सकता है। जैसे इथेनॉल, मेथनॉल, ट्राइफ्लोरोएथेनॉल (टीएफई) उत्तरार्द्ध में प्रोटीन के संरचना निर्माण को प्रेरित करने का लाभ होता है, कुछ में बीटा-शीट्स को प्रेरित करता है और अन्य में अल्फा हेलिक्स, जो वे सामान्य जलीय परिस्थितियों में नहीं दिखाएंगे, अधिकांश सामान्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स जैसे एसीटोनिट्रिल, टीएचएफ, क्लोरोफार्म, डाइक्लोरोमेथेन, चूंकि, दूर-यूवी सीडी के साथ असंगत हैं।

यह ध्यान देने योग्य हो सकता है कि द्वितीयक संरचना आकलन में प्रयुक्त प्रोटीन सीडी स्पेक्ट्रा अमीनो एसिड को जोड़ने वाले बंधन के π से π* कक्षीय अवशोषण से संबंधित हैं। ये अवशोषण बैंड आंशिक रूप से तथाकथित वैक्यूम पराबैंगनी वैक्यूम यूवी (तरंग दैर्ध्य लगभग 200 एनएम से कम) में स्थित हैं। इन तरंग दैर्ध्य पर ऑक्सीजन द्वारा प्रकाश के मजबूत अवशोषण के कारण रुचि का तरंग दैर्ध्य क्षेत्र वास्तव में हवा में दुर्गम है। व्यवहार में इन स्पेक्ट्रा को निर्वात में नहीं अपितु ऑक्सीजन रहित उपकरण (शुद्ध नाइट्रोजन गैस से भरे) में मापा जाता है।

एक बार ऑक्सीजन समाप्त हो जाने के पश्चात, संभवतः 200 एनएम से नीचे काम करने में दूसरा सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी कारक बाकी ऑप्टिकल प्रणाली को इस क्षेत्र में कम हानि के लिए डिज़ाइन करना है। इस संबंध में महत्वपूर्ण मिरर उपकरणों का उपयोग है जिनके कोटिंग्स को स्पेक्ट्रम के इस क्षेत्र में कम हानि के लिए अनुकूलित किया गया है।

इन उपकरणों में सामान्य प्रकाश स्रोत एक उच्च दबाव, शॉर्ट-आर्क क्सीनन आर्क लैंप है। साधारण क्सीनन चाप लैंप कम यूवी में उपयोग के लिए अनुपयुक्त हैं। इसके अतिरिक्त, उच्च शुद्धता वाले सिंथेटिक फ्युज़्ड सिलिका से बने लिफाफे के साथ विशेष रूप से निर्मित लैंप का उपयोग किया जाना चाहिए था।

सिंक्रोटॉन स्रोतों से प्रकाश का प्रवाह कम तरंग दैर्ध्य पर बहुत अधिक होता है, और इसका उपयोग सीडी को 160 एनएम तक रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है। 2010 में डेनमार्क में आरहूस विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रॉन स्टोरेज रिंग सुविधा आईएसए में सीडी स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग ठोस अवस्था सीडी स्पेक्ट्रा को 120 एनएम तक रिकॉर्ड करने के लिए किया गया था।

क्वांटम यांत्रिकी स्तर पर, वृत्तीय द्विवर्णता और ऑप्टिकल रोटेशन की विशेषता घनत्व समान हैं। ऑप्टिकल रोटरी विस्तार और वृत्तीय द्विवर्णता समान क्वांटम सूचना सामग्री साझा करते हैं।

यह भी देखें

• रेखीय द्वैतवाद
• चुंबकीय वृत्ताकार द्वैतवाद
• ऑप्टिकल गतिविधि
• ऑप्टिकल समावयवता
• ऑप्टिकल रोटेशन
• ऑप्टिकल रोटेटरी फैलाव
• प्रोटीन वृत्ताकार द्वैतवाद डेटा बैंक
• दो फोटॉन वृत्ताकार द्वैतवाद
• कंपन परिपत्र द्वैतवाद
• हाइपर रेले स्कैटरिंग ऑप्टिकल गतिविधि

बाहरी संबंध

• Circular Dichroism spectroscopy by Alliance Protein Laboratories, a commercial service provider
• An Introduction to Circular Dichroism Spectroscopy by Applied Photophysics, an equipment supplier
• An animated, step-by-step tutorial on Circular Dichroism and Optical Rotation by Prof Valev.