Теоретическое введение. Исследования состава вещества и структуры молекул имеет особое значение для

Исследования состава вещества и структуры молекул имеет особое значение для медицины, наиболее надежные методы исследования медико-биологических процессов и диагностические методы основаны на определении состава и структуры молекул. Одним из наиболее современных методов решения этих задач являются методы спектроскопии. Атомы и молекулы, находящиеся в стационарных энергетических состояниях, не излучают и не поглощают энергию. Изменение состояния атомов и молекул связано с изменениями энергии этих систем. При переходе атомов и молекул из одного состояния в другое они скачкообразно переходят из одного стационарного состояния в другое стационарное состояние. Переход между стационарными состояниями связано поглощением или испусканием кванта энергии. Если возникает переход из нижнего в более высокое энергетическое состояние происходит поглощение кванта энергии. При обратном процессе испускание. Энергия кванта равна разности энергии начального E_n и конечного состояния Е_к

hν= E_k -E_n.

Стационарных состояний атомов и молекул очень много поэтому значения кванта hν меняется в широких пределах, следовательно, меняется частота излучаемых или поглощаемых электромагнитных волн. В зависимости от частоты электромагнитных колебаний принято выделять радиоспектроскопию, где частота находится в пределах радиодиапазона инфракрасную инфраскопию (ИК), волны лежат в инфракрасном диапазоне, спектроскопии видимой области и т. д.

Спектры атомов и молекул являются строго индивидуальными, т. е. не существует двух разных молекул, имеющих одинаковые спектры. Это свойство спектров дает возможность определить состав молекул веществ. Этот метод- качественный спектральный анализ. Интенсивность спектров зависит от количества атомов или молекул, следовательно, имеется возможность определить количественные соотношения состава вещества. Более сложны методы установления структуры молекул и изменений их структуры, электронного строения при различных процессах. При решении медико-биологических проблем наиболее часто встречается необходимость снимать и анализировать молекулярные спектры.

Молекулярные спектры (испускания и поглощения) возникают при квантовых переходах молекул с одного с одного энергетического уровня на другой и состоят из совокупности более или менее широких полос, которые представляют собой тесно расположенные линии. Сложность молекулярных спектров по сравнению с атомными обусловлена большим разнообразием движений и, следовательно, энергетических переходов в молекуле.

Частота излучаемая или поглощаемая молекулой описывается выражением:

Здесь один или два штриха относятся, как принято в молекулярной спектроскопии, к верхнему и нижнему уровням соответственно. Следует иметь в виду, что ΔЕ_эл˃˃ΔЕ_кол˃˃ΔЕ_вр..Если ΔЕ_эл = 0 и ΔЕ_кол = 0, а ΔЕ_вр. ≠ 0, то получают состоящие из отдельных линий чисто вращательные молекулярные спектры, которым отвечают небольшие частоты, они наблюдаются в далекой инфракрасной области и особенно в микроволновой (СВЧ). Длина волны порядка 0,1 – 1 мм.

Если ΔЕ_эл = 0, а ΔЕ_кол ≠ 0, то обычно одновременно и ΔЕ_вр. ≠ 0, при этом возникает колебательно-вращательный спектр. Он состоит из колебательных полос, распадающихся при достаточном разрешении спектрального прибора на отдельные вращательные линии. Инфракрасные колебательно-вращательные спектры наблюдают в близкой инфракрасной области.

При ΔЕ_эл ≠ 0 обычно одновременно ΔЕ_кол ≠ 0 и ΔЕ_вр. ≠ 0. Образуются электронно-кролебательные, а точнее – электронно-колебательно-вращательные спектры, которые состоят из различных полос, а полосы – тесно расположенных линий, соответствующих вращательным переходам.

Электронно-колебательно-вращательные спектры испускания и поглощения наблюдают в видимой и ультрафиолетовой областях.

Очень важной характеристикой спектрального анализа является то, что работа достаточно иметь количество вещества около 10^-8 – 10^-9 грамм.

Дата добавления: 2015-10-29