УФ-спектроскопия биологических макромолекул

(учебно-методическое пособие)

Саратов 2002
Общая теория поглощения света молекулами.

Световая волна состоит из взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей, амплитуды которых по мере распространения в пространстве изменяются по синусоиде. Энергия волны Е равна

где h- постоянная Планка, с- скорость света, l- длина волны, n- частота. Когда волна сталкивается с молекулой, она может либо рассеиваться (т.е. изменять направление её распространения), либо поглощаться (т.е. её энергия передаётся молекуле). Относительная вероятность протекания того или иного процесса является свойством той молекулы, с которой произошло столкновение. Если произошло поглощение электромагнитной энергии света, о молекуле говорят, что она возбуждена или перешла в возбужденное состояние.

Молекула или часть молекулы, которая может быть возбуждена посредством поглощения света в видимой и ближней УФ-области, называется хромофором.

Ультрафиолетовая область является коротковолновой областью спектра, с одной стороны примыкающей к видимой её части, а с другой переходящей на рентгеновский спектр. Весь УФ-спектр делят на ближний с длиной волны 400-300 нм, примыкающий к видимой области (400-800 нм), дальний УФ (300-200 нм) и вакуумный (200-50 нм). 1 нанометр=10^-9м = 10Å).

Абсорбционная УФ-спектроскопия изучает спектры поглощения.

Поглощение энергии происходит с наибольшей вероятностью только в том случае, если количество поглощенной энергии соответствует разности энергий квантованных состояний. Таким образом, свет с длиной волны l поглощается только тогда, когда

где Е₁- энергетический уровень молекулы до поглощения, а Е₂- энергетический уровень, достигаемый в результате поглощения.

Изменение энергетического состояния при испускании или поглощении кванта называется переходом. Упрощенно переход между электронными энергетическими уровнями соответствует энергии, необходимой для перемещения электрона с одной орбитали на другую. Зависимость вероятности поглощения от длины волны называется спектром поглощения. Задача абсорбционной спектроскопии состоит в накоплении и анализе данных по поглощению.

Итак, поглощение световой энергии в видимой и УФ-области связано с различным типом электронных переходов. Оптические спектры атомов связаны с квантовыми переходами электронов внешней электронной оболочки. При объединении атомов в молекулу обобществленные (валентные) электроны образуют внешнюю оболочку и остаются ответственными за оптические спектры.