Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
(7.39) и переходя от е' к е, полу-
чим
Ал = К^",|у!^0>|2 = 180 КГ3 J(e'!¦)</"' (дебай)2 (7.40)
где все мировые постоянные сведены в один множитель. Dab называется силой
диполя; очевидно, эта величина равна площади полосы поглощения при
условии, что данная полоса не перекрывается с другими.
Момент перехода I (iba I обычно выражается в дебаях (10"18 СГС-единицы
дипольного момента); его типичное значение для интенсивных полос
поглощения составляет несколько дебаев. Заметим, что Dab позволяет найти
и эту величину: I /J.ba I = I <?й1/и I Фс) I, но она ие содержит
информации о поляризации (направлении) перехода.
Другой полезной величиной служит сила осциллятора fab, равная отношению
наблюдаемой интенсивности поглощения к интенсивности, которая имела бы
место в случае трехмерного гармонического осциллятора. Можно показать,
что
СПЕКТРОСКОПИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ
27
fab = {&n2mc/3hv)Dab = 4,315 ¦ 10 9Je(v)dv (7.41)
где m - масса электрона. fab - безразмерная величина; ее значение для
интенсивных переходов лежит в интервале от 0,1 до 1. Величины Dab и fab
очень важны для понимания целого ряда оптических эффектов, наблюдаемых в
полимерах.
ЛИНЕЙНЫЙ ДИХРОИЗМ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ
В растворе молекулы ориентированы хаотически, поэтому с помощью даже
поляризованного света можно измерить лишь пространственно усредненную
величину электрического момента перехода:
|<Ч'ь|ц|Ч'0> • Е0|2 = (1/3)(л2 + л2 + д2)Е2
Для получения информации о внутримолекулярной ориентации цЬа необходимо
использовать ориентированные образцы, где поглощение зависит от ц ¦ Е0.
Такие образцы можно приготовить несколькими способами. Как макромолекулы,
так и небольшие молекулы можно изучать в кристаллах или волокнах. Длинные
асимметричные молекулы удается ориентировать в потоке или при помощи
электрического поля (гл. 12). Молекулы могут быть ориентированы также при
нанесении на подложку вязкого раствора с помощью кисточки. Все эти
способы, за исключением кристаллизации, не дают полной ориентации
молекул.
Рассмотрим систему молекул эллипсоидной формы (рис. 7.4.); такой образец
может быть получен, например, при ориентировании в потоке. Молекулы
ориентированы преимущественно вдоль оси г, что позволяет измерить г-
компоненту величины (мг). Однако молекулярные оси х и у ориентированы
хаотически, и, следовательно цх и цу по-прежнему не могут быть определены
по отдельности. На опыте обычно измеряют два коэффициента экстинкции, с||
и ех, отвечающие поглощению света, поляризованного параллельно и
перпендикулярно оси г. На основании полученных таким образом спектров
можно при помощи уравнения (7.40) найти ?>ц = д2 и D х = (1/2) (цх + д2).
РИС. 7.4. Схема эксперимента по измерению линейного дихроизма. Все
молекулы образца ориентированы своими длинными осями вдоль направления
/(.
28
ГЛАВА 7
Концентрацию ориентированных молекул не всегда удается установить точно.
В этих случаях измеряют не коэффициент экстинкции, а оптическую
плотность. Поэтому экспериментальные результаты часто бывает удобнее
выражать в виде отношения
^ = ^ll - -'4j.)/(-'4|| + А±) (7-42)
которое служит мерой дихроизма образца. Здесь А ц - оптическая плотность
образца для света, поляризованного параллельно оси г, а А х -
перпендикулярно ей.
Измерение дихроизма используется в трех видах исследований. Наиболее
простым из них является установление того, порождается ли данная полоса
поглощения одним электронным переходом. Иными словами - только ли два
электронных состояния определяют данную часть спектра. Если это так, то
отношение, характеризующее дихроизм, должно оставаться постоянным на
протяжении всей полосы. Предположим, напротив, что переходам а - b и а -
с соответствуют сильно перекрывающиеся полосы. Тогда с большой
вероятностью можно ожидать, что моменты переходов цЬакрса окажутся
непараллельными. В этом случае величина d не будет оставаться постоянной
при изменении длины волны и может даже изменить знак (см. рис. 7.5.).
Когда известно направление момента перехода какого-либо хромофора, из
данных по дихроизму можно получить информацию о структуре макромолекулы.
Например, моменты наиболее интенсивных переходов для плоских
ароматических молекул лежат в плоскости сопряженных колец, и можно
установить ориентацию таких колец относительно молекулы в целом. Точность
определения зависит от достоверности данных об ориентации момента
перехода и от степени ориентированности молекул образца.
Если структура образца точно известна (как, например, в случае тонкого
скола кристалла), то измерение дихроизма позволяет определить направление
момента перехода. Правда, при интерпретации подобных данных следует
проявлять определенную осторож-
I
еп-с
е.1^н
+
X , им
л
н
о
о
S
о РИС. 7.5. Линейный дихроизм
с (/) и поглощение (//) пленки
5 поли-Ь-глутаминовой кисло-
й ты. Полипептид имеет а-спи-
к ральную структуру. Указаны
с полосы, соответствующие п -
- тг*- , а также тг - irf- и 7г -
