2.1.3. Биожүйелермен жарықты жұтуының электрондық спектрлері.
Молекулалардың жарықты жұту қабілеттілігі медицина мен биологияда қолданылатын спектрофотометрия әдісінің негізінде жатады. Бұл әдісті заттың химиялық құрылымын анықтау және сандық талдау өткізу үшін қолданады. Молекулалардың оптикалық және спектрофотометриялық қасиеттері олардың құрылымы тұралы мәлімет береді де молекуланың энергетикалық деңгейлері арасындағы арақашықтығымен және бір деңгейден басқа деңгейге электронды көшулердің ықтималдығымен анықталады
Полипептидтік пен полинуклеотидтік тізбектердің, сонымен бірге ақуыздар мен нуклеин қышқылдардың электрондық көшулері спектрдің ультракүлгін облысында орналасады.
Макромолекулалардың құрамына құрылымы мен спектралды сипаттамалары белгілі хромофорлар деп аталатын элементтер кіреді. Мысалы, полипептидттік тізбектердің негізгі хромофоры болып >CO-NH- пептидттік топ саналады. Ол π- π* көшуімен сипатталған 109 нм. облысында жұту жолағын береді. Басқа хромофорлы топ болып, бүкіл АМҚ-да болатын -С=О карбонильді тобы саналады.
Ультрафиолеттік облыстағы жұтуға өз үлесін n-π* - көшулері де қосады. Оттектің р-орбиталінда (n-деңгейінде) бөлінбеген жұптасқан электрондар орналасады, олар көміртекпен байланыстың құрылуына қатыспайды. 225 нм облысындағы жарықты жұтқан кезде n-π* - көшулер пайда болады, олардың нәтижесінде бөлінбеген қос электронның біреуі қобсыған π* - орбиталіне түседі (сурет 36).
Сурет 36 – Пептидті байланыстағы электронды көшулер
Ақуыздардың негізгі хромофорлары болып хош иісті АМҚ қалдықтары саналады (триптофан, тирозин және фенилаланин). Триптофан екі жұту спектрлерге ие болады (220 нм. және 280 нм.). Нуклеиндік қышқылдарда негізгі хромофорлар болып пуриндік (аденин, цитозин) және пириминдік (цитозин, тимин, урацил) нуклеотидтердің азоттық негіздері саналады. Бұнда π- π* көшулермен қатар (негізгі жолақ 260 нм. облысында) өз үлесін азот пен оттектің гетероатомдарының бөлінбеген электрондардың жұбының қатысуымен өтетің n-π* - көшулер (280-320 нм.) қосады.
2.1.4. Биомолекулалардың сапалы және сандық спектрофотометриялық талдауы
Заттың сапалы талдауы дегеніміз, біріншіден, заттағы кейбір молекулаларың анықтау (молекулярлық талдау), екіншіден, жеке фрагменттерді табу және олардың орналасуының сипаттамасын анықтау (құрылымдық талдау).
Сапалы спектрофотометриялық талдаудың негізінде келесі постулат жатыр: әр биологиялық зат өзінің жұту спектрімен сипатталады. Жұту жолақтарының орналасуы мен қарқындылығы оның құрамына кіретін хромофорлық топтармен анықталады.
Өлшенген жұту спектрін кез келген заттын жұту спектрімен салыстыру үшін келесі параметрлер қолданылады:
1) жұту спектрдегі максимумдардың саны ( max );
2) жұту жолақтарының максимумдарының спектралдық орналасуы;
3) жұту жолағының жартылай кеңдігін (1/2) - оптикалық тығыздық максималды тығыздықтын жартысына тең болатын кездегі екі толқындардың ұзындықтары арасындағы айырмашылық;
4) максимумдердің амплитудасы ( max);
5) максимумдер амплитудасының қатынасы.
Зерттеуді өткізген кезінде келесі фактты есте сақтау керек: абсорбициялық өлшеулерді жасаған кездегі тәжірибелік шарттар жұту спетірінің формасына өз әсерін тигізеді. Барлық келтірілген параметрлер ортаның рН деңгейінен, оның температурасынан, еріткіштің полярлығынан, зерттелген заттың концентрациясынан тәуелді түрде өзгеру мүмкін.
Келесі этапта зерттелетін қосылымның спектрін сол қосылымның тәжірибе арқылы алынған әдебиетте сипатталған спектрмен салыстырады. Егер де барлық жолақтардың максимумдері 1нм. жететін дәлдікпен бір біріне ұқсас болса және экстинцияның максималды коэфициенттері 10% дейін бір біріне сәйкес келсе, онда зерттелген және салылыстырмалы қосылымдардын ұқсастығы туралы айтуға болады. Артық жолақтардың болуын немесе кейбір максимумдерінің қарқындылықтарының күшейюін зерттеген ерітіндегі қосымша заттардың болғандығымен түсіндіруге болады.
Сандық спектрофотометриялық талдау кезіндегі жарықтын қарқындылығының жұтатын заттың концентрациясынан тәуелдігін анықтау үшін мүмкіндік беретін заңдылықтарды есепке алу керек.
Жарықтың жұтылуы зерттелетін объект арқылы жарықтын ағыны өткеннен кейін оның әлсізденуінен білінеді. Бугер-Ламберт-Бэрдың заңына сәйкес жұтатын заттың қабатынан өткен жарықтың қарқындылығы келесі түрде есептеледі:
[2.1.2.].
Мұнда:
Io - түсетін жарықтың қарқындылығы,
c - жұтатын заттың концентрациясы,
ε- жұтудың молярлы коэффициенті.
Жарық монохромды болған кезде заң келесі түрде жазылады:
[2.1.3.].
Мұнда:
D - заттың оптикалық тығыздығы,
I0 және I - түсетін және өтетін жарықтардың қарқындылықтары,
T - үлгінің өткізгіштігі,
С - жұтатын заттың концентрациясы,
l - үлкінің қалындығы,
ε -экстинцияның молярлық коэффициенті.
Бугер-Ламберт-Бэрдың заңы кейде орындалмайды. D-ның С-даң тәуелдгінін кейде сызықты түрден ауытқуы болуы мүмкін.
Жұту спектрлерінің өлшеулерінің нәтижелерін қолдана отырып заттың сандық талдауын келесі шарттар орындалғанда өткізуге болады:
өлшейтін жарық сәулесі монохромды болу керек;
жұтатын молекулалар үлгінің бүкіл көлемінде бірдей таралады;
жұтатын молекулалар бір бірімен және ортаның молекулаларымен әрекеттесуін өзгертпейді;
шығатын жарық ағыны тек қана фотондардың жұту есебінен әлсірейді (жарықтың шашырауы, люминесценция және тағы басқа құбылыстар тіркелетін жарық ағынына өз әсерлерін тигізбейді);
өлшейтін жарық ағынның қарқындылығы мен қозған қалыптағы жұтатын молекулалардың өмір сүру уақыты қозбаған (жарықты жұту қабілетін жоғалтпаған) молекулалардың концентрациясын өлшеген кезде өзгертпеу керек;
өлшейтін жарық ағыны жарықты жұтатын молекулаларды фотохимиялық өзгерістерге ұшыратпайды.
Бугер-Ламберт-Бэрдың заңынан ауытқу болған кездерде градуирленген графиктер жасалады, олар байқалған оптикалық тығыздық шамалары мен белгілі концентрациялардың арасындағы байланыстарды көрсетеді. Графикалық интерполяция арқылы зерттелген ерітінділердің концентрацияларын анықтауға болады
Сандық спектрофотометриялық талдау кезінде зерттеушінің басты міңдеті - концентрацияларды өлшеу, сонымен қатар ерітінділердің оптикалық тығыздықтарын өлшеу