Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
использоваться также для обнаружения синглет-синглетного переноса
энергии. Предположим, что белок или нуклеиновая кислота содержат два или
более идентичных флуоресцирующих хромофора. При возбуждении одного из них
может произойти передача энергии на Другой хромофор еще до испускания.
Если хромофоры не параллельны, то излучающий диполь уже не будет
параллелен поглощающему. Согласно уравнению (8.64), степень поляризации
системы изменится. Если спектры флуоресценции хромофоров сдвинуты да-
ДРУГИЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
113
леко в красную область относительно их спектров поглощения, это
изменение, вероятно, будет малб из-за слабого перекрывания спектров, и,
следовательно, малого R0. Но у многих хромофоров спектры флуоресценции и
поглощения в значительной степени перекрываются. В таких случаях
измерение степени поляризации является эффективным методом определения
расстояния между хромофорами. Однако, если эффективность переноса энергии
велика, это серьезно усложняет поляризационный анализ размеров и формы
макромолекул.
8.3. Инфракрасная спектроскопия
и спектроскопия комбинационного рассеяния
Переходам между колебательными уровнями основного электронного состояния
соответствует значительно меньшая энергия, чем электронным переходам.
Полосы поглощения, отвечающие колебательным переходам, обычно лежат в
интервале от 5 ООО см "1 (= 2мкм = 2000 нм) до 200 см-1 (= 50 мкм = 50
000 нм). Колебательные спектры подчиняются в сущности тем же
закономерностям, что и электронные. Поглощение описывается законом Бэра.
Интенсивность и такие являения, как линейный дихроизм (когда для
исследования ориентированных образцов используют поляризованный свет),
определяются соответствующими моментами переходов. Спектры полимеров не
совпадают с суммой спектров мономерных звеньев, если соседние поглощающие
группы в полимере взаимодействуют между собой.
ПРИНЦИПЫ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Вообше говоря, инфракрасные (ИК) спектры должны содержать такую же
информацию, что и спектры в видимой и УФ-областях, однако на самом деле
данные по ИК-спектрам оказываются гораздо менее ценными. Причин тому
несколько. Во-первых, для колебательных переходов характерна значительно
меньшая интенсивность, чем для электронных. Например, коэффициент
экстинкции оснований нуклеиновых кислот в ИК-области составляет - 103, в
то время как для УФ-спектров эта величина на порядок больше.
Следовательно, при регистрации ИК-спектра образец должен быть гораздо
более концентрированным. Во-вторых, многие полосы ИК-спектров белков и
нуклеиновых кислот расположены в той спектральной области, где
наблюдается сильное поглощение воды. Использование D20 вместо Н20 иногда
помогает обойти эту трудность, но не решает проблему полностью. Наконец,
соответствующие приборы, в частности инфракрасные детекторы, часто
оказываются менее чувствительными, чем приборы, использующиеся при
спектроскопических исследованиях в видимой и УФ-областях, что создает
дополнительные трудности при получении точных количественных данных.
Колебательные полосы поглощения обычно порождаются переходами, которые
можно довольно точно отнести к определенным химическим связям. Так,
говорят о полосах, связанных с растяжением связей С=0, С=Н или амидной
группы и т.д. Это служит удобным способом описания, который является
весьма точным для небольших молекул, но, вообще говоря, представляет
собой значительное упрощение.
Колебания различных пар или групп атомов в молекулах связаны между собой,
и колебания молекулы в целом, которые необходимо рассматривать при
описании спектра, в принципе охватывают все атомы. Эти колебания нужно
привести к нормальному виду, который отвечает стационарным состояниям
гамильтониана, описывающего колебания молекулы. Любое конкретное
колебание может быть представлено в виде линейной ком-
8-84
114
ГЛАВА 8
бинации нормальных колебаний. Таким образом, во многих случаях нельзя
дать простую физическую интерпретацию возникновения той или иной
колебательной полосы поглощения. Часто (но не всегда) данное нормальное
колебание бывает связано с заметным смещением лишь двух связанных атомов,
остальные атомы можно считать неподвижными. В таком случае описание
спектрального перехода с использованием представлений об изгибе или
растяжении конкретной связи может оказаться достаточно точным.
Как и для электронного спектра, интенсивность колебательной полосы
зависит от величины индуцированного светом дипольного момента. Для
нахождения этой величины обратимся к волновым функциям вида (7.5), где
для разделения ядерного и электронного движений используется приближение
Борна - Оппенгеймера. Чисто колебательный переход можно представить в
виде
ЧУг, Щфт -" V0(r, RWJR) (8.82)
где фу и фу. относятся к двум разным колебательным состояниям, г и R -
координаты электронов и ядер соответственно, а - электронная волновая
функция основного состояния. Матричный элемент оператора дипольного
