Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Используя закон Больцмана, можно связать заселенность 712 верхнего уровня (магнитный момент электрона ориентирован против внешнего поля) и «1 нижнего уровня (магнитный момент ориентирован по полю) следующим выражением:
П2 = п1е~*Е/кТ = nie~s0H/kT. (VI.2)
Переходы электронов между уровнями можно вызвать электромагнитным излучением такой частоты vt что энергия кванта этого излучения hv будет равна разности энергий электронных уровней АЕ:
hv = АЕ. (VI.3)
В результате получим так называемое условие резонанса:
hv = g0H. (VI.4)
Таким образом, если к исследуемому образцу, находящемуся в магнитном поле напряженностью Н, подвести высокочастотное излучение с частотой */, то в образце возникнут вынужденные электронные переходы
из нижнего состояния Е\ в верхнее Е2 (с поглощением энергии), и наобо-
рот — из Е2 в Ei (с испусканием энергии). Поскольку заселенность нижнего состояния больше заселенности верхнего, в образце при выполнении условий резонанса (VI.4) будет происходить, в общем, резонансное поглощение высокочастотного излучения. При этом частота излучения связана с напряженностью магнитного поля соответственно:
Н = ftiVff/3. (VI.5)
Из уравнения (VI.5) следует, что резонансное поглощение может происходить: при изменении Н и постоянстве v, либо при постоянстве Н и изменении и. По техническим условиям применяется первый способ регистрации: меняется напряженность внешнего магнитного поля и сохраняется постоянной частота излучения. Для построения графика регистрации ЭПР по оси абсцисс откладывают напряженность магнитного поля Н, а по оси ординат — величину поглощенного образцом высокочастотного излучения при данной температуре РаогЛ (рис. IV. 15, IV. 18, в). Одним из параметров
216 Гл. VI. Реакции клетки на действие ионизирующих излучений
сигнала ЭПР является амплитуда сигнала, характеризующая его интенсивность (чаще всего измеряется в относительных единицах, например, в мм). Значение амплитуда! сигнала (при постоянстве ширины) отражает концентрацию парамагнитных частиц в образце. Ширина сигнала характеризуется величиной АНтлх, измеряемой в единицах магнитной индукции магнитного поля — в гауссах (Гс) или миллитеслах (мТл).
При анализе сигнала ЭПР от исследуемого биологического образца оценки взаимодействия магнитного момента электрона с внешним полем лабораторного магнита оказывается явно недостаточным. В реальной ситуации необходимо учитывать еще и взаимодействия магнитного момента электрона с локальными магнитными полями, создаваемыми как неспаренными электронами соседних парамагнитных частиц (взаимодействия их друг с другом), так и атомными ядрами с ненулевым магнитным моментом. Вклад величины напряженности локальных магнитных полей Нлок и поля внешнего магнита Но в общую напряженность магнитных полей («эффективное магнитное поле» Н9фф) представляется в виде простой суммы:
Я*фф = Я0 + Ялок. (VI.6)
В настоящее время созданы спектрометры, работающие в широком диапазоне частот (1-95 ГГц). Однако наиболее распространены спектрометры, использующие излучение с v ~ 1 ГГц (длина волны такого излучения А « 3 см).
С помощью метода ЭПР можно изучать не только структуру парамагнитных частиц, но и взаимодействие их с окружением и динамику в гетерогенной биологической структуре образца.
Явление ЯМР — ядерного магнитного резонанса — обнаружено также в 1945 г. одновременно в двух американских лабораториях — Ф. Блоха и
Э. Пурселла. Метод ЯМР используется для изучения переходов в состояниях между уровнями энергии, соответствующими различной ориентации ядерных магнитных моментов по отношению к внешнему магнитному полю. Использование ЯМР-спектрометров позволяет проводить анализ состава сложных смесей веществ (экстрактов из тканей организмов, биологических жидкостей и т.п.), а применение ЯМР-томографов — получать картины (томограммы) послойных срезов внутреннего строения объекта исследования. Ядра со спином I > 1/2 обладают электрическим квадрупольным моментом eQ, отражающим степень отклонения распределения заряда в ядре от сферической симметрии.
Использование метода ЯКР — ядерного квадрупольного резонанса позволяет получать важную информацию о строении изучаемых объектов — твердых тел и кристаллов при низких температурах.
Методы спектроскопии основаны на способности веществ (молекул, атомов, свободных радикалов) поглощать и испускать кванты энергии электромагнитного излучения, величина которых составляет разность энергий дискретных состояний, между которыми происходит спектральный переход. Кванты энергии при таких переходах находятся в радиоволновом диапазоне — от единиц кГц до сотен МГц, что соответствует названию методов — «спектроскопия в радиодиапазоне» или «радиоспектроскопия» *). Эти методы нашли широкое применение в исследовании структуры
