圓二色光譜（CD）基於手性分子對左旋與右旋圓偏振光差異吸收的物理原理，是蛋白質二級與三級結構表徵的核心生物物理技術。其理論基礎源自 Rosenfeld 方程式（1928）：圓二色強度正比於電偶極矩和磁偶極矩躍遷的虛部內積 R = Im(⟨0|μ|a⟩·⟨a|m|0⟩)，因此 CD 信號需要電磁偶極同時非零且非正交——手性分子天然滿足此條件。
遠紫外 CD 的理論基礎
肽鍵的電子躍遷——n→π*（~222 nm，弱磁偶極容許）和 π→π*（~190 nm，強電偶極容許）——受 Ramachandran φ/ψ 角控制。α-螺旋的特徵三峰光譜源自肽鍵 π→π* 的激子耦合（exciton coupling）：平行偏振分量在 ~208 nm 吸收，垂直偏振在 ~190 nm，加上 n→π* 在 ~222 nm。Moffitt-Yang 方程式（1956）首次從理論預測 α-螺旋的 CD 光譜。222 nm 的 [θ] 值可直接用 [θ]₂₂₂ = -36000 × (1 - 2.57/n) 估算螺旋含量（n 為殘基數）。
光譜反褶積方法包括 CONTIN/LL（ridge regression）、CDSSTR（singular value decomposition）和 BeStSel（β-結構細分為平行、反平行和 β-turn）。DichroWeb 伺服器整合多種演算法和參考資料庫（SP175、SMP180 含 SRCD 數據至 175 nm）。準確度取決於波長範圍——延伸至 175 nm（需 SRCD 同步輻射光源）比只到 190 nm 提升顯著。
近紫外 CD 與本徵無序蛋白
近紫外 CD（250-320 nm）的信號來自芳香族生色團在不對稱三級結構環境中的 ¹Lₐ 和 ¹L_b 電子躍遷。本徵無序蛋白（IDP）的近紫外 CD 信號通常很弱或缺失，但遠紫外 CD 可能顯示殘餘的聚脯胺酸 II 型螺旋（PPII）特徵——~218 nm 正峰和 ~195 nm 負峰。
進階 CD 技術
（1）SRCD（Synchrotron Radiation CD）：同步輻射光源提供更高光通量和更低波長（至 170 nm），提升反褶積準確度。（2）Time-resolved CD：結合停流（stopped-flow）裝置研究蛋白質折疊的毫秒級二級結構形成動力學——一般觀察到 α-螺旋在微秒內形成（helix-coil transition），β-折疊形成較慢（毫秒級）。（3）VCD（Vibrational CD）：紅外區域的 CD，對短程結構更敏感。（4）MCD（Magnetic CD）：外加磁場測量的 CD，用於金屬蛋白的電子結構研究。
生物製藥應用
ICH Q6B 和 FDA 指引要求蛋白質藥物需提供高階結構表徵數據，CD 光譜是常用手段之一。批次一致性分析比較不同批次的 CD 光譜差異。生物相似藥（biosimilar）開發中，CD 用於與原廠藥的結構相似性評估。熱穩定性篩選（thermal shift assay by CD）可快速評估不同配方對蛋白質穩定性的影響。