《生物物理技术（修订版）》期末考试试题与答案
第一章 总 论
1. 什么是生物物理学？
答：从物理学的角度来研究生命过程,即主要应用物理学方法研究生物的基本结构和性能、物理过程和物化过程的本质,以及物理因素对机体的作用等的学科。
2. 生物物理学包含的分支学科（主要内容）有哪些？
答：分子生物物理、膜与细胞生物物理、感官与神经生物物理、生物控制论与生物信息论、理论生物物理、光生物物理、辐射生物物理、生物力学与生物流变学、生物物理仪器与技术。
3. 什么是生物物理技术？
答：技术的革新和应用对于推动生物学发展的重要作用是众所周知的(有时甚至带来革命性的、根本的改变)。生物物理技术作为生物物理学中不可缺少的重要组成部分，包括X射线衍射晶体分析、同步辐射
核磁共振波谱技术、时间分辨的波谱技术和光谱技术(如纳秒到飞秒级荧光)、新型显微技术(如原子力显微术、共聚焦显微术、近场光学显微术及分子激发显微术等)、测定弱磁信号、检测微量成分的无损伤技术
成像技术等。
4. 什么叫电磁波？
答：电磁波(电磁辐射)指传播着的交变电磁场。
5. 什么叫波谱学(spectroscopy)和波谱技术？
答：研究各种不同频率(或波长)电磁波性质的科学，所采用的研究技术称为波谱技术。
6. 波谱学的物理基础是什么？
答：根据波长或频率的不同，可将电磁波区分为许多不同的波段，并分别给
予不同的名称。每个波段，其所涉及的能量几乎都和分子或其组成(电子与原子核)的某一种运动方式有关，因而在和物质相互作用时，不同的波段都在不同程度上影响整个分子的能量状态，根据其不同性质就可找到不同波段的电磁波在研究分子结构及其运动中的应用。
一个分子的总能量包括平动、核取向、电子自旋、转动、振动以及价电子能量等几部分，分成了不同的能级。物质吸收能量后，低能态跃迁至高能态，其发射指高能态向低能态跃迁将多余能量以量子形式发射出来。不同的物质，其吸收和发射的状况不同，人们根据各种波谱技术测量的直接结果得到波谱图。波谱图反应了物质的结构信息。这就是波谱学的物理基础。
7. 波谱是如何产生的？
答：假定外来辐射在各种波长下的强度都相等，则以强度为纵轴，频率为横轴可得吸收曲线（通常做法：以被吸收量对波长作图）。由于环境条件的不同，或者相邻吸收基团之间的相互作用，使同一种吸收基团的能级差略有差异。两个分子能级之间还存在着一系列不同的振动与转动能级，在仪器分辨能力不高的情况下将只能观察到其包迹。波谱的获得是各种波谱技术测量的直接结果。
8. 波谱有哪些参数反映物质信息？
答：波谱的位置代表某种吸收或发射基团的特征跃迁，可以据此辨认基团或化合物的存在；强度反映产生吸收和发射的基团数；宽度由激发态寿命决定，随环境、物理状态和运动状况而改变，反映运动、动力学和相互作用的情况；结构提供关于基团间相互作用的信息；偏振表征分子的取向；弛豫时间说明物理状态与相互作用。
9. 波谱仪有哪些主要部件？
答：电磁波发生器、分光装置、样品池、探测器、显示记录、打印装置。
第二章 紫外－可见吸收光谱术
1. 简单分子的能级是如何构成的？
答：对于一个简单分子，其能量状态主要包括价电子能级、振动能级与转动能级三部分。
2. 紫外－可见吸收光谱是怎样形成的？
答：吸收一般都从基态的最低振动能级发生，在吸收不同能量的量子后，可以跃迁到不同电子能级的不同振动能级上(还可以到不同的转动能级)。由于不同物质分子对紫外或可见光有特征吸收，因而形成紫外－可见吸收光谱，可以用于鉴别物质、测量其含量；根据吸收程度随时间的变化，可进行某些化学反应及动力学研究；根据环境因素对吸收的影响可以了解生物分子的结构与构象。
3. 紫外－可见吸收分光仪的基本构成是怎样的？
答：紫外－可见光光源、分光装置、样品杯、探测器、记录与显示装置。 （注意：紫外线吸收分光仪对应的样品杯是石英杯；为了得到准确的吸收谱，溶液中应不含固态物质，否则光在这些物质上的散射效应将影响光谱的形状）
4. 紫外－可见吸收光谱术有什么基本应用？（只须回答四点即可）
答：根据吸收光谱确定物质、根据谱线高低测定浓度、化学反应的检测、分光光度滴定测定蛋白质的结构、利用构象改变时吸收谱的变化可以作为一种研究大分子在不同条件下的溶液构象的手段、结合研究、差光谱应用（研究生物大分子溶液时，光谱对环境条件的依赖性常常很小，但这种微小差别却能说明大分子的构象变化）。
第三章 荧光光谱术
1. 荧光是怎样产生的？
答：从第一电子激发态的最低振动能级向基态的不同振动能级跃迁时，能量可以光子形式释放，这被称为荧光，常发生在10-9秒内。与吸收相似，荧光不只是一种波长而包含有一个频带，即荧光谱都包含有不同的波长范围。如果激发态和基态有相同或接近的振动能级分布，则发射光谱也有峰。峰位附近的发射强度逐渐减弱，由于吸收后消耗部分能量，只从S1的零振动能级发射，因此荧光发
射谱与吸收谱比较，其峰位产生红移，即向长波方向移动。此外由于处于不同振动能级的几率相近，使同一物质的吸收谱与荧光发射谱具有镜像对称的性质。
2. 荧光测量装置如何？（特点：90度角）
答：
3. 荧光测量中有哪些主要参量？各反映什么信息？
答：荧光强度：反映物质的浓度。
荧光量子产率?：说明发光的几率， 和物质本身的性质、溶剂、激发波长与温度等有关。
荧光光谱：包括荧光激发谱（excitation spectrum）与荧光发射谱（emission spectrum）。
荧光寿命：荧光寿命不仅取决于分子本身，还和荧光分子所处的环境以及和其它分子相互作用有关。
荧光偏振：可观察荧光的偏振情况（荧光偏振度、荧光各向异性），有助于研究分子的运动。
4. 荧光光谱的特点是什么：
答：包括荧光激发谱（表示一种荧光物质在不同波长的激发光作用下所得到
的同一波长下荧光强度的关系,也就是不同激发波长的相对效率）与荧光发射谱（在一定波长激发光作用下荧光强度与荧光波长的关系,即荧光中不同波长幅射的相对强度）。
有激发和发射两种光谱可以利用。当两种不同物质在同一波段都有吸收，但发射谱不同，则可以根据发射谱加以区别，故反映了更多关于物质的信息。
5. 荧光光谱术的具体技术有哪些？
答：荧光漂白恢复技术（可以测定膜分子的扩散系数）、光度尺（通过测定转化能量的效率，获知分子间的距离）、激光扫描共聚焦显微术（共聚焦——点光源——照射光源和探测光源共轭——除去其它散乱光——获得清晰的物像）、探针技术。
6. 荧光光谱术的基本应用有哪些？
答：（1）在分子生物学中的应用：普通的荧光光谱技术、荧光标记技术 （2）在细胞生物学中的应用：荧光漂白恢复技术、流式细胞仪、激光扫描共聚焦显微术
7. 荧光光谱术和紫外－可见吸收光谱术有哪些异同？
答：相同点：都能通过特定的光谱探测物质是否存在；都能通过谱线的高低探测物质的浓度；测定化学反应的原理相同（物质浓度变化）。
不同点：荧光光谱术在细胞生物学中有更广泛的应用，可以测定膜分子的扩散速率，膜的流动性，膜电位，核DNA的分布，细胞分选（激光扫描共聚焦技术、流式细胞仪、密度梯度离心）。
第四章 红外与拉曼光谱术
1. 什么是红外吸收光谱？
答：红外吸收光谱指分子吸收中红外线区（2.5~50μm）的电磁辐射后，产生振动能级与转动能级的跃迁，描述化合物透光率 T 随波数σ变化的谱图称为红外吸收光谱。红外吸收光谱又称为振动-转动光谱。
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