Загальна теорія поглинання світла молекулами

 

1. Загальна теорія поглинання світла молекулами. 

2.Апаратура для вимірювання поглинання у видимому та ультрафіолетовому світлі.

      2.1Спектрофотометри.

3.Методика спектрофотометричних вимірювань.

4.Фактори, що впливають на абсорбціонні властивості хромофора.

      4.1Ефект рН.

      4.2Ефект полярності.

      4.3Ефекти орієнтації.

5.Застосування абсорбційної спектроскопії у видимій і УФ-областях спектра.

       5.1Приклад 1. Вимірювання концентрації.

       5.2Приклад 2. Дослідження хімічних реакцій.

       5.3Приклад3. Спектрофотометричне титрування білків.

       5.4Приклад 4. Асоціація білка .

       5.5Приклад 5.Пертурбація розчинником нуклеїнових кислот.

6.Поглинання поляризованого світла.

7. Інфрачервона спектроскопія .

      7.1  Методика вимірювань.

      7.2Інформація, що міститься в інфрачервоних спектрах.

8.Виявлення фальсифікації органічних лікарських речовин ,випробування на чистоту спектрофотометрією в ультрафіолетовому спектрі. Інфрачервоні спектри поглинання та їх застосування для ідентифікації лікарських речовин.

 

 

До фізичних та фізико-хімічних методів дослідження відносяться: визначення температур плавлення і кристалізації, а також температурних меж перегонки; визначення густини, показників заломлення (рефрактометрія), оптичного обертання (поляриметрія); спектрофотометрія - ультрафіолетова, інфрачервона; фотоколориметрія, емісійна та атомно-абсорбційна спектрометрія , флуориметрія, спектроскопія ядерного магнітного резонансу, мас-спектрометрія; хроматографія  адсорбційна, розподільча, іонообмінна, газова, високоефективна рідинна; електрофорез (фронтальний, зональний, капілярний); електрометричні методи (потенціометричне визначення рН, потенціометричне титрування, амперометричне титрування, вольтамперометрія).

Спектрофотометрія– це сукупність методів визначення кількісних характеристик монохроматичного випромінювання. Спектральна фотометрія дає методи отримання спектрів випромінювання, відбивання, пропускання, поглинання і розсіювання. Вони виражаються графічними залежностями розподілення відповідних величин за довжинами хвиль або частотами випромінювання.

Спектрофотометрія (абсорбційна)  фізико-хімічний метод дослідження розчинів і твердих речовин, заснований на вивченні спектрів поглинання в ультрафіолетовій (200-400 нм), видимої (400-760 нм) та інфрачервоній (> 760 нм) областях спектра. Основна залежність, яка вивчалася в спектрофотометрії  залежність інтенсивності поглинання падаючого світла від довжини хвилі.

Спектрофотометрія широко застосовується при вивченні будови і складу різних сполук (комплексів, барвників, аналітичних реагентів тощо), для якісного і кількісного визначення речовин (визначення слідів елементів в металах, сплавах, технічних об'єктах, лікарських препаратах).

 

 

Світлова хвиля складається із взаємно перпендикулярних електричного і магнітного полів ,амплітуди яких по мірі розповсюдження змінюються по синусоїді (рис 1-1).

 

Рис1-1.Розповсюдження електромагнітної хвилі в просторі. Вектори Е і Н взаємно перпендикулярні.

 

Енергія хвилі Е рівна:

де h- постійна Планки ,c швидкість світла , λ- довжина хвилі,v- частота .Коли хвиля стикається з молекулою вона може або розсіюватися або ж поглинатися .Якщо відбулося поглинання електромагнітної енергії світла ,то про молекулу говорять що вона збудженна , або перейшла в збуджений стан .Молекула або частина молекули ,яка може бути збуджена шляхом поглинання світла  в видимій і ближній УФ- області ,називається хромофором .Зазвичай енергія збудження перетворюється в тепло (кінетичну енергію) в результаті зіткнення збудженої

молекули з іншою молекулою (наприклад, молекулою розчинника). У випадку деяких молекул вона знову випромінюється

У двох  випадках інтенсивність світла, що пройшла через молекулу, що містить набір хромофорів, менше інтенсивності падаючого світла.

Збуджена молекула має набір дискретних квантових енергетичних станів, що описуються законами квантової механіки. Ці стани називаються енергетичними рівнями молекули. Головні енергетичні рівні визначаються можливим просторовим розподілом електронів і називаються електронними енергетичними рівнями; на них накладаються коливальні рівні, які вказують на різні типи коливань. Енергетичні рівні зазвичай описуються схемою енергетичних рівнів (рис. 1-2). Самий нижчий  електронний рівень називається основним  станом , а всі інші - збудженими. Поглинання енергії відбувається з найбільшою ймовірністю тільки в тому випадку, якщо кількість поглинальної  енергії відповідає різниці енергій квантових станів .

 

Рис1-2 . Відстань між електронами і ядрами або між атомами в молекулі.

 

Типова схема енергетичних рівнів, на якій відображено основний стан (1) і перший  збуджений стан (2). Тонкими горизонтальними  лініями показані коливальні рівні (3).Довша  стрілка вказує на можливий електронний перехід між основним станом  і четвертим коливальним рівнем першого збудженого стану. Коротша  стрілка означає перехід з одного коливального рівня на другий  в межах основного стану. Зміна енергетичного стану при випущенні або

поглинанні кванта називається переходом .Спрощено перехід між електронними енергетичними рівнями відповідає енергії , необхідної для переміщення електрона з одної  орбіталі  на іншу. На схемі  енергетичних рівнів переходи зображаються  вертикальними стрілками. Залежність імовірності поглинання від довжини хвилі називається спектром поглинання . Завдання абсорбційної спектроскопії полягає в накопиченні  та аналізі даних по поглинанню. Якби всі переходи відбувалися тільки між найнижчими коливальними рівнями основного стану та першого збудженого стану, тоді спектр поглинання складався б з вузьких, дискретних ліній. Однак, оскільки можливі переходи з основного стану  на будь коливальний і обертальний рівні першого збудженого стану, а лінії мають кінцеву ширину, то спектр проявляється у вигляді відносно плавної кривої.Для більшості молекул довжини хвиль, відповідних переходів  між основним станом і будь-яким коливальним рівнем

 

Рис 1-3.Частина електромагнітного спектра, використовувана для досліджень в області фізичної біохімії.

 

першого