Спектры поглощения и биология

Спектры поглощения некоторых биологически важных соединений. 1 – белок, 2 – ДНК, 3 – родопсин, 4 – хлорофилл. По оси абсцисс – длинна волны в нанометрах (); по оси ординат – оптическая плотность вещества.

Вещество неодинаково поглощает свет различной длины волны. Кривая

зависимости оптической плотности вещества или коэффициента поглощения

от длины волны поглощаемого света называется спектром поглощения. Обычно спектры поглощения молекул имеют непрерывный характер, но обнаруживают максимумы на той длине волны света, где имеется максимальное поглощение квантов света. На рис.2 приведены спектры поглощения некоторых биологически важных соединений, поглощающих свет в видимой и ультрафиолетовой областях солнечного спектра.

Белки имеют максимум поглощения на длине волны 280 нм, нуклеиновые кислоты – в области 260 нм, родопсин – 500 нм, хлорофилл имеет два максимума поглощения: 430 и 680 нм.

Как видно из рисунка, спектры поглощения имеют иногда довольно сложный вид, характерный для данного вещества и зависящий от структуры и свойств молекул данного вещества.

Изучение спектров поглощения какого-либо фотобиологического процесса позволяет выяснить, какое вещество ответственно в данном процессе за поглощение света. Это достигается в результате сравнения спектров исследуемого процесса и спектров известных веществ. Кроме этого, по положению максимумов на шкале длины волны поглощаемого света позволяет определить энергию квантов. А по величине энергии поглощаемых квантов можно рас-

Рис.3. Схема спектрофотометра.

считывать расположение электронов и колебательных энергетических уровней молекулы, а так же переходы молекул из одного энергетического состояния в другое. Кроме всей этой информации, величина оптической плотности даёт сведения о концентрации вещества в исследуемой пробе.

Спектры поглощения получают с помощью специальных приборов – спектрофотометров. На рис.3 изображена схема строения спектрофотометра. Свет от источника света Л попадает в монохроматор М, который даёт излучение строго определённой длинны волны. Из монохроматора свет попадает в кюветку с раствором исследуемого вещества. Из кюветки ослабленный поток квантов направляется в ФЭУ – фото электронный умножитель, который преобразовывает энергию квантов в электрическую энергию и усиливает её. От ФЭУ электрический ток поступает на регистрирующее устройство Г, прокалиброванное в единицах оптической плотности. Им может быть самописец. В современных спектрофотометрах спектр монохроматора развёртывается автоматически, то есть автоматически измеряется длинна волны падающего света. Также автоматически записывается показания на движущейся ленте самописца.

На законе Бугера-Ламберта-Бера основан метод определения концентрации растворов путём сравнения толщин и слоёв двух растворов одного и того же вещества: исследуемого с концентрацией и стандартного , в которых имеет место одинаковое поглощение света.

В приборе, называемом концентрационным колориметром,

свет от одного и того же источника проходит через слои и растворов; изменением толщены слоёв уравнивается яркость двух половин поля зрения, освещённого светом, прошедшим через эти растворы (рис.4). при этом уравниваются и оптические плотности растворов: или , откуда , то есть концентрации и обратно пропорциональны толщинам слоев и .

Аналогичный метод определения концентрации вещества в коллоидном растворе называется нефелометрией. При этом сравниваются интенсивности света, рассеянного частицами в стандартном и исследуемом растворах: при относительно невысоких концентрациях они пропорциональны концентрации взвешенных частиц к высоте столба раствора. Растворы освещаются боковым светом.

За последние годы особое развитие получил анализ молекулярного состава сложных смесей (какими являются многие биологические жидкости), основанный на измерении поглощения в ультрафиолетовой и особенно в инфракрасной областях спектра. Спектры поглощения многих органических молекул оказываются очень характерными, благодаря чему удается надежно устанавливать как молекулярный состав, так и количественное содержание отдельных компонент биологической жидкости. Метод этот отличается большой чувствительностью, ибо при малых концентрациях исследуемого вещества можно увеличить поглощение за счет увеличения толщины слоя.

Дата добавления: 2015-12-08