定量分析氢键强度

瑞士巴塞尔大学纳米科学研究所网络的科学家利用原子力显微镜，首次成功研究了单个分子中氢键的强度。该成果已发表在科学进展杂志上。

氢是宇宙中最常见的元素，是几乎所有有机化合物中的组成单元。分子和部分大分子之间通过氢原子连接，这一作用常被称为氢键。这些相互作用在自然界中有重要作用，负责蛋白质或者氨基酸的特殊性质，并且还保证了水具有高沸点。

在此之前，尚无法实现对单个分子中的氢和氢键的光谱学或者电子显微分析，其他利用原子力显微镜的研究也未曾得到明确的结果。

腺嘌呤与胸腺嘧啶。credit: 煎蛋画师Piccolo

来自瑞士纳米科技研究所的Ernst Meyer的团队的Shigeki Kawai博士现成功利用高分辨率原子力显微镜研究单个环烃化合物中的氢原子。

选择合适的分子以清楚地观察

研究者与日本同行们密切合作，选择了组成结构类似于螺旋桨的化合物作为研究对象。螺桨烷具有独特的排列方式，其中两个氢原子总是指向上方。如果原子力显微镜被一氧化碳官能化的尖端距离这些氢原子足够近，就能形成氢键，从而被检测到。

氢键比化学键弱得多，但又比分子间的范德华力强。测量得到的力和原子力显微镜尖端氧原子与螺桨烷氢原子之间的距离数据，与芬兰阿尔托大学的Adam S. Foster教授的计算十分吻合。研究者证实作用力中显然包含了氢键。根据测量结果，显然可以排除更弱的范德华力以及更强的离子键。

在此研究基础上，巴塞尔大学瑞士纳米科学研究所网络的研究者以后就可以通过观测氢原子鉴定诸如核酸或者聚合物等三维分子。

论文原文：DOI:10.1126/sciadv.1603258

本文译自 phys，由 CliffBao 编辑发布。