光生物物理复习资料

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1、1 第二章1、分子动量由四部分组成，它们分别是、2、简述分子的能量组成部分及它们对应的波长区域。分子的能量由四部分组成：分子平动的能量，电子的能量，分子振动的能量，分子转动的能量。分子平动能量，是非量子化的，可以用经典力学的方法来解；电子能级的跨度最大，覆盖了从远紫外至近红外之间的光谱区域；振动能级的跨度在中红外至远红外之间；转动能级的跨度则在微波频段。3、简述分子轨道理论的主要要点。1）分子中任何电子可看成是在所有核和其余电子所构成的势场中的运动，描述分子中单个电子运动状态的波函数称为分子轨道2）分子轨道理论认为，只有能量近似，并且对称性相匹配的原子轨道才能有效地组合成分子轨道。分子轨道是由

2、原子轨道线性组合而成3）轨道最大重叠原则。组成分子轨道的两个原子轨道重叠程度越多越好。4）分子轨道中电子排布原则，仍遵守最低能量原理和泡利不相容原理5）分子轨道的数目等于产生分子轨道的基组集合中原子轨道的总数。4、名词解释 成键轨道 ：在产生分子轨道时，原子轨道的线性组合中系数符号相同，是正交叠两个原子的电子波函数同相交叠，使得两个原子核之间的电子密度增加，电子密度增加平衡了原子核之间的斥力，使分子轨道能量低于原来原子轨道，这样的分子轨道称为成键分子轨道。 电子 ：如果原子轨道的交叠是沿着核间轴线的称为键，相应的电子称为电子；电子 ：如果原子轨道的重叠是侧向交叠的称为键，相应的电子称为 电子反

3、成键分子轨道：在产生分子轨道时，原子轨道的线性组合中系数符号相反，是负交叠两个原子的电子波函数反相交叠， 会造成两个原子核之间节面处的电子密度为零，所得分子轨道的能量高于相应原子轨道，这样的分子轨道称为反成键分子轨道。非成键轨道 ：一些原子轨道（内层轨道）并没有明显的参加成键。所以，这些轨道的能量和未成键的时候基本相同、这些叫做非成键分子轨道，用n 表示。如HF 中，F 的内层轨道1s 就是一个非成键轨道。原子轨道的杂化：所谓杂化是指原子在化合成分子的过程中，根据原子的成键要求，在周围原子的影响下，先将原有的若干个不同类型能量相近的原子轨道进行线性组合成一组新的轨道。然后这些杂化后的轨道再与合

4、适的原子轨道线性组合形成分子轨道、这种在一个原子中不同原子轨道的线性组合，称为原子轨道的杂化。杂化后的原子轨道称为杂化轨道。简正振动模 ：分子内各原子振动模式耦合导致复杂振动模式。这些模式受分子对称性的制约，叫做简正振动模。同分异构 ：具有相同化学式，有同样的化学键而有不同的原子排列的化合物的现象5、简述什么是原子轨道的杂化，杂化后轨道有哪些特点？1）杂化时，轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变2）组合所得的杂化轨道一般均和其他原子形成较强的键或安排孤对电子而不会以空的杂化轨道的形式存在；3）在某个原子的几个杂化轨道中，参与杂化的s、p、d 等成分相等，即杂化后轨道的能量相同

5、称为等性杂化轨道；若不相等，称为不等性杂化轨道；4）杂化轨道满足正交，归一性。5）形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小，体系越稳定），为满足最小排斥原理, 杂化轨道之间的夹角应达到最大。6、简述碳原子杂化轨道的类型及特点碳的电子轨道是1s2 2s2 2p2，能量相近的ns 轨道和 np 轨道之间的杂化称为sp 型杂化。按参加杂化的s 轨道、 p 轨道数目的不同，sp 型杂化又可分为sp、sp2 、sp3 三种杂化。7、简述什么是简正振动模并解释其中的关键词8、二氧化碳分子的简正模的数目是4 水分子简正模的数目是3 。立体异构分为几何异构、旋光异构、构象异构三类。2

6、第三章1、通常将整个生物系统分成三界，它们分别是病毒和噬菌体、 原核生物、真核生物2、生物系统划分成哪三界？它们各自的主要特点是什么？1 病毒和噬菌体特点：不具备自我复制能力，没有细胞形态，是一种超分子的亚细胞生命形式，其遗传机制与宿主密切相关。可看做是打包了的核酸。2 原核生物特点：1、遗传物质仅一个环状DNA 、无核膜、无细胞器、无细胞骨架、以有丝分裂或出牙繁殖代表生物：支原体、细菌、蓝藻、螺旋藻（人类未来的蛋白质食物新来源）3 真核生物特点。1、三大结构体系：（1）膜系统： 质膜、 内膜系统、 细胞器 （2）细胞核系统： 遗传信息表达系统（3）骨架系统：细胞器、细胞核等的骨架系统2、具备

7、分化的能力，能产生各种各样具有特定功能的细胞3、细胞的组分包括水、 氨基酸、糖类、 脂类、无机盐离子、聚合物大分子4、核酸的三种化学成分分别是含氮的环化合物（碱基）、糖和磷酸基5、聚合物大分子主要包括多肽、多糖、DNA 、脂类6、决定生物大分子三维结构的因素主要有四种作用，它们分别是氢键、离子键、范德华力、疏水作用 第四章1、光与物质相互作用包括四种，分别为吸收（也叫受激吸收） 、自发辐射、受激辐射和Raman散射2、什么是拉曼散射？其主要规律有哪些？拉曼散射，光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。3、激发态的退激方式主要有哪些？如下图，分别表示不同的退激方式，是

8、说明各个编号代表的过程。4、荧光和磷光的主要区别有哪些？荧光发射是电子由第一激发单重态的最低振动能级到基态，强度、 持续时间。 磷光发射是电子由第一激发三重态的最低振动能级到基态。5 名词解释：振动弛豫 ：同一电子能级内以热量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间为1012s 光谱 ：从一个介质中出来的光的强度与其频率（或波长）的函数关系。圆二色性 ：由于包含发色团的分子的不对称性，而引起左右两圆偏振光具有不同的光吸收的现象。振动圆二色性：特指利用红外光谱技术分别对左旋和右旋圆偏振光得到的分子振动光谱的差别。是圆二色性光谱3 术从紫外可见波段（电子能级跃迁）到近红外和

9、红外波段（振动能级）的延伸Roman 旋光性 ：分别用右旋和左旋圆偏振光入射所得Raman 散射的强度的差值。荧光：某些物质受一定波长的光激发后，在极短时间内（10-8 秒）会发射出波长大于激发波长的光，这种光称为荧光。磷光 ：从零点振动能级跃迁到S0 的发散光子的辐射过程是自旋不守恒的，并被称为磷光。能量转移 ：指能量从高温区传到低温区的过程，能量转移的机制有传导、对流和辐射等方式。6、荧光相关光谱测量机制是什么？荧光相关光谱测量由一个只含少量分子的微体积在两个不同时刻发出的荧光强度的相关函数。它提供荧光强度起伏的信息。7、激发光谱与发射光谱的关系有哪些？ 第五章1、激光的全称是辐射的受激发

10、光放大，奠定激光发展基础的是，发明第一台红宝石激光器的是2、激光的主要特点有哪些？方向性好、单色性好、能量集中、相干性好3、激光器按工作物质可以分为固体激光器、 气体激光器、液体激光器、半导体激光器4、产生激光的必要条件包括工作物质、激励能源、光学谐振腔。5、激光器按工作方式可以分为连续式、脉冲式。6、激光器按工作方式可以分为长脉冲激光器和连续式激光器，要产生连续激光，工作物质的能级系统必须是四能级结构的。7、产生激光的必要条件有哪些实现粒子数反转 工作物质，使原子被激发 激励能源，要实现光放大 光学谐振腔8、谐振腔有主要哪些作用？（1）使激光具有极好的方向性（沿轴线方向）（2）增强光放大作用

11、（延长了工作物质）（3）使激光具有极好的单色性（选频）9、名词解释： 谐振腔的本征模式：在一定的边界条件下，分布形式不因激励方式而定的电磁场模式，是这种边界条件下的本征模式。10、什么是谐振腔的本征模式？它有哪些基本特征？11、谐振腔中可以存在的纵模的频率是q，其中的字母代表意义是12、氦氖激光器0.6238 m 谱线的宽度是Hz9103.1，请估算一下在这个宽度内可以存在的纵模的个数是多少？4 13、估算一下，谐振腔的本征模式的线宽（取L=1m ，n=1）14、激光对人体的伤害主要是眼睛，其次是皮肤 第六章1:、名词解释：光生物学 ：从 理论上来研究光和生物的相互作用，即以由光和生物物质间表

12、现的微观量子过程到各种生物反应的宏观表现机制等过程为目的而形成的一个生物科学。内源荧光 ： 当细胞一些组分直接受光激发或被其它组分转移的能量激发时能所产生的荧光称为内源荧光或自发荧光，而发射荧光的这种生物大分子本身具有的荧光发色团称为内源荧光探针；光敏剂： 在光化学反应中，有一类分子，它们只吸收光子并将能量传递给那些不能吸收光子的分子，促使其发生化学反应 ，而本身则不参与化学反应，恢复到原先的状态，这类分子称为光敏剂。光敏药物 :把有氧分子参与的伴随生物效应的光敏反应称为光动力反应，把可引发光动力反应破坏细胞结构的药物称为光动力药物，即光敏药物2、什么是瑞利散射？瑞利散射的依赖参数有哪些？尺度

13、远小于入射光波长的粒子所产生的散射现象。瑞利散射的依赖参数：（1）散射中心的尺寸（细胞或是细胞器）（2）散射中心和周围物质的折射率差（3）光波的波长，瑞利散射与光波长的四次方成反比，对蓝光更显著3、生物样品中光传输的上下限是由散射和吸收两种现象决定的。大部分细胞对800nm 以上1300nm 以下的光有很好的通透性4、要成为光敏剂的条件是什么？5 (1)自己能首先被光照射激活；(2)在体系中有足够的浓度，且能吸收足够量的光子；(3)必须能把自己的能量传递给反应物。5、在生物系统中哪些因素能够引起荧光光谱的改变？1、荧光物质随着组织表面下深度的变化引起组织表面荧光光谱的测量随深度层的不同而不同。

14、2、癌变前或恶性组织和正常组织有不同的表现，提供了光学实现早期癌症检测的一种方法3、新陈代谢的变化也能引起自发荧光的变化6、光与生物系统相互作用中的热效应包括哪些现象？并解释这些现象？四种热效应：凝结、汽化、碳化和熔融凝结组织加热区域的温度至少要达到60，此时凝结的组织坏死，连续和脉冲激光器被用来作用于不同的组织汽化组织加热区域的温度要达到100 ，此时水开始转换为水蒸气，引起组织的热切除（或光热切除）。碳化发生在组织温度达到150 的时候，这时组织被烧焦。其有机组成转变为碳。该过程引起无法恢复的组 织损伤，所以必须被避免熔融当脉冲激光（通常是微妙或纳秒量级）的能量密度非常高时，组织中局部的温

15、度可能达到其融点，这种过程能用于组织的焊接。7、简述生物高聚物中的光过程三种系统脊椎动物眼睛感光器中的视紫红质；植物叶绿体中的光合作用系统；嗜盐菌紫膜中的视紫红质8、简述视觉的物理化学过程的三个步骤三个步骤1 接收是指光子被视紫红质吸收的过程2 转换包括利用吸收的光子的能量产生的化学反应引起神经冲动的过程3 光编码是视网膜不同层中神经细胞间复杂的交互作用的结果。产生的脉冲在大脑是视质层中被解码9、视觉细胞分为视杆细胞和视锥细胞，其中而昼间活动的动物（如鸡、松鼠等）则以视锥细胞为主夜间活动的动物（如鼠）视网膜的光感受器以视杆细胞为主。但大多数脊椎动物（包括人）则两者兼而有之。10、视锥细胞视杆细

16、胞各自的作用是什么？视锥细胞光敏感度低， 强光刺激才能引起兴奋。在较明亮的环境中以视锥细胞为主，但能提供色觉以及精细视觉。视杆细胞对弱光敏感，在光线较暗时活动，但不能作精细的空间分辨，且不参与色觉。猫头鹰只有视杆细胞。含有视色素和视紫红质，它对峰值在500nm 的蓝绿光记为敏感。视杆细胞主要在离中心凹较远的视网膜上，夜间活动的动物（如鼠）视网膜的光感受器以视杆细胞为主。但大多数脊椎动物（包括人）则两者兼而有之。 第七章1、在生物系统中出射光分为哪三种光？它们各自的特点是什么？弹道光1）光子具有相同的且最短的光子飞行时间2）在光的入射方向出射3）保持了入射光的相干性4）携带关于介质内部结构最多的信息5）数量很少。6 蛇形光1）飞行时间略长于弹道光2）出射方向分布在入射光方向周围较小的立体角内3）基本保持了入射光的特性4）并携带有关于散射介质内部结构的主要信息5）数目稍大于子弹光漫射光1）经过不同的路径达到表面，在组织内传播所经历的飞行时间差异很大2）组织体的表面的出射光强是一个时间分布曲线，分布曲线的形状不但和组织体厚度有光而且和组织体的光学参数有