Молекулы и электромагнитное излучение обмениваются определёнными порциями энергии, зависящими от молекулярного состояния, характера динамики образца, энергии перехода молекулы вещества из одного состояния в другое (поглощение энергии излучения в соответствии с теорией индуцированных диполей):
Применимость адсорбционной спектроскопии в лаборатории основана на количественной интерпретации кривых поглощения.
На поглощение молекулой электро-магнитного излучения влияют частота излучения (энергия излучения – дискретное значение) и поляризуемость молекулы – способность молекулы формировать локальные заряды внутри себя (распределение электронной плотности) в результате воздействия излучения.
Правило аддитивности закона Бугера-Ламберта-Бера (Закон аддитивности оптических плотностей):
- В растворе n светопоглощающих компонентов
- Компоненты химически не взаимодействуют между собой
!при данной длине волны оптическая плотность смеси компонентов, не взаимодействующих между собой, равна сумме оптических плотностей отдельных компонентов при той же длине волны!
Спектрофотометр – устройство, определяющий интенсивность пропущенного света как функцию от длины волны. Возможности ПО спектрофотометров - построение кинетических кривых, сканирование по температур и анализ кривых поглощения
Условия применения закона Бугера-Ламберта-Бера:
- Свет монохроматичный и коллимированный. Коллимация — создание тонкого параллельно идущего потока излучения при помощи щелей, через которые он проходит.
- Исследуемое вещество должно быть диспергированы до молекулярного уровня
- Исключить процессы рассеяния и отражения
- Исключение процессов диссоциации молекул и их химического взаимодействия
Отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера:
- Образование концентрационно зависимых агрегатов
- Эффект сита – неоднородное распределение поглощающего вещества
- Изменение степени монохроматичности
- Изменение константы диссоциации
- Протеолиз (процесс гидролиза белков, катализируемый ферментами пептидгидролазами, или протеазами)
- Комплексообразование
- Образование промежуточных продуктов и коллоидов
- Таутомерные превращения
Причины возникновения нелинейности при измерении оптической плотности: разрешение прибора, отношение сигнала к шуму, помехи от рассеянного света и протекание в процессе измерения химических процессов в образце, таких как диссоциация и ассоциация, протекание химических реакций.
Причины уширения спектра: гетерогенность локального молекулярного окружения, изменение колебательных и вращательных состояний молекул.
Ультрафиолетовая и видимая спектральные области:
- Величина электронных переходов 100-1000 кДж/моль
- Каждый энергетический уровень имеет свои энергетические подуровни, возникающие в результате вращательные и колебательных переходов самой молекулы
- Разность между колебательными уровнями порядка 40 кДж/моль
- Разность между соседними колебательными уровнями молекул порядка 5 кДж/моль
Применение ультрафиолетовой спектроскопии:
- Определение активности фермента по спектру поглощения субстратов, продуктов и кофакторов
- Изучение динамики поведения молекул с хромофорными группами в ходе химического процесса
- Изучение энергетических характеристик связей
- Изучение конформации полипептидной цепи белков на наличие отдельных функциональных групп
- Определение кафакторов и простетических групп, входящих в состав ферментов. Оценка содержания альфа-спиралей в белках по спектру полощения (анализ коэффициентов экстинкции при 190 нм)
- Определение цвета белка ( по поглощению света в видимой области)
- Количественный анализ белков
- Кинетические исследования: по мере протекания химической реакции между 2 веществами наблюдается пересечение спектров реагентов (изоасбестическая точка).
Дифференциальные спектры:
- Используются для химических процессов, протекание которых характеризуются изменениями в спектрах в различный момент времени
- В месте пересечения спектра в нуле указывает на образование в ходе реакций интермедиатов.
Изобестическая точка – длина волны λ, при которой два соединения, способные превращаться друг в друга, имеют одинаковую поглощательную способность. Количество изобестических точек, возникающие в ходе реакции указывает на механизм протекания химической реакции с квантово-химической точки зрения.
Благодарим В. Мяхлова за помощь в создании контента.
Проект Россия Страна Ученых - это открытые городские экскурсии с аудиогидами, посвященные жизни и деятельности российских ученых, изобретателей, организаторов науки, основателей наукоемких производств и учебных учреждений, а также ботанические и геохимические экскурсии.