Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
методе поглощение рентгеновских лучей твердым аморфным или жидким
образцом измеряется как функция длины волны в том интервале энергий,
который следует сразу за поглощательным переходом в выбранном атоме.
Больше всего подходят для этого атомы, которые относительно нечасто
представлены в структуре и имеют атомный номер больше - 20.
В интервале энергий, следующем непосредственно за резким краем
поглощения, наблюдается серия частых осцилляций. Оказывается, что такая
картина является отражением интерференционного эффекта, обусловленного
соседними атомами, окружающими атом-поглотитель. В благоприятных случаях,
анализируя фурье-преобразование этих осцилляций, можно получить
информацию о количестве соседних атомов, об их типах и о расстояниях до
них. Обычно требуется параллельное исследование модельных соединений с
из-
428
вестной структурой. В результате может быть получена чрезвычайно точная
структурная информация, причем замечательной особенностью метода является
то, что структура образца вовсе не обязана быть упорядоченной. Однако
информация ограничивается лишь довольно небольшими расстояниями. Метод
EXAFS был успешно применен к анализу окружения металлических атомов в
ряде металлопротеидов. Так, были получены сведения об окружении атомов
железа в рубредоксине и гемоглобине и атомов молибдена в нитрогеназе. В
качестве введения в этот перспективный новый метод см. Shulman et al.
(1978).
14.3. Рассеяние излучения других видов
Может возникнуть вопрос: почему при описании различных видов рассеяния и
дифракции, которые мы до сих пор обсуждали, нам практически не пришлось
говорить о физике рентгеновских лучей и их взаимодействии с веществом?
Дело в том, что почти все сказанное является весьма общим и приложимо к
любому электромагнитному излучению. По существу, все наши уравнения
остаются в силе независимо от того, используем ли мы свет, микроволны или
гамма-лучи. Однако, поскольку отношение молекулярного размера к длине
волны будет в этих случаях совершенно различным, такие виды излучения
могут быть не всегда одинаково пригодными.
Пока речь шла о рентгеновских лучах, мы могли представлять молекулу как
совокупность отдельных атомов, которые являются сферически-симметричными
рассеивающими центрами. В случае света такое представление, строго
говоря, неверно. Кроме того, мы в значительной степени игнорировали тот
факт, что молекулы неизбежно отличаются от своего окружения (обладают
определенным контрастом на фоне растворителя). Для рассеяния света зто
обстоятельство становится важным. Однако наиболее существенные
результаты: представление рассеяния в виде преобразования Фурье и
интерференционные эффекты, определяемые парами атомов, - полностью
сохраняются, какое бы излучение ни использовалось. На самом деле совсем
не обязательно, чтобы это было электромагнитное излучение. Частицы,
подобные электронам и нейтронам, обладают свойствами поперечных волн, у
которых длина волны зависит от энергии частицы. Таким образом, рассеяние
и дифракцию электронов и нейтронов также можно описать ранее полученными
уравнениями, внеся в них лишь небольшие изменения. В случае электронов и
нейтронов атомные рассеивающие факторы должны быть заменены иными
характеристиками взаимодействия излучения с веществом. "
ПРИГОДНАЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ОБЛАСТЬ ДЛИН ВОЛН
Почему нельзя определить кристаллииескую структуру, используя рассеяние
света? В принципе это дало бы огромное экспериментальное преимущество,
поскольку в нашем распоряжении имеются источники когерентного света
(лазеры) и, следовательно, существуют прямые способы измерения как
интенсивностей, так и фаз. Рассмотрим типичный макромолекулярный
кристалл, элементарной ячейкой которого является куб с ребром в 40 А.
Обратной решеткой будет кубическая система точек с характерным
расстоянием 1/40 А "1 в каждом из направлений. Пусть в эксперименте по
рассеянию используется свет с длиной волны 2000 А. Сфера отражения имеет
радиус 1/Х = 1/2000 А-1. Таким образом, в нее попадает лишь один узел
обратной решетки - начало координат. Никакой картины дифракции
наблюдаться не будет. Если бы элементарная ячейка кристалла была
достаточно большой (а обратная решетка достаточно частой), можно было бы
проводить структурный анализ, но разрешение было бы низким, потому что
доступная для измерений область обратной решетки ограничивается
расстоянием, обратно пропорциональным длине волны.
ДРУГИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ РАССЕЯНИЕ И ДИФРАКЦИЮ 429
Допустим, с другой стороны, что нам нужно определить радиус инерции
вируса. Rc в этом случае вполне может быть равен 1000 А или больше. При
рассмотрении рентгеновского малоуглового рассеяния, выводя формулу Гинье
[уравнение (14.36)], мы неявно полагали, что SRC < 1. Выполнение этого
условия означает, что sin в < ~h/Ra. При длине волны рентгеновских лучей
1 А мы должны были бы проводить измерения в области, где sin 8 = 8 =
(1/1000) рад = 0,06°, т.е. в области очень малых углов. В случае же света
