112. Структура энергетических уровней сложных молекул. Молекулярные спектры.

В многоатомных молекулах можно выделить три вида движений: электронное, колебательное и вращательное. Первое связано с движением электронов вокруг ядер атомов, второе — с периодическим изменением расстояний между ядрами, третье — с периодическим изменением ориентации молекул в пространстве. В соответствии с видами движений энергия молекулы приблизительно может быть представлена в виде суммы энергий электронной, колебательной и вращательной:E=E_эл+E_кол+E_вр

Возможные значения энергии определяются внутренним строением самой молекулы. Электрон­ные состояния, обозначенные буквами , , , …., харак­теризуются определенными уровнями электронной энергии 0, 1, 2, .... Самому нижнему, нулевому уровню соответствует основное, невозбужденное состояние, всем остальным уровням — возбужденные состояния. Переходам из основного состояния в возбужденные соответствуют поглощения энергии молекулой, обратным переходам — выделение энергии. В каждом электронном состоянии возможно несколько разных колебаний (колебательные уровни v₀, v₁, v₂, ..., v’₀, v’_l, v’₂). В каждом электронно-колебательном состоянии возможны различные вращения (вращательные уровни j₀, j_l, j₂, ..., j’₀, j’_l, j’₂,...).

При переходе молекулы из одного состояния в другое энергия молекулы меняется. Если переход сопровождается испусканием, то энергия кванта излучения равна:

h=E’-E= (E’_эл-E_эл)+ (E’_кол-E_кол)+(E’_вр-E_вр),

где h — постоянная Планка;  — частота излу­чения; Е' и Е — энергии верхнего и нижнего энергетических уровней молекулы; Е'_эл, Е’_кол, Е'_вр и Е_эл, Е_кол, Е_вр —элек­тронная, колебательная и вращательная энергии молекулы в возбужденном и основном состояниях соответственно. При таком переходе получаются электронно-колебательно-вращательные спектры (их называют электронными).

Если при изменении состояния молекулы величина Е_эл=0, а Е_кол0 и Е_вр0, то возникают колебательно-вращательные спектры (их называют колебательными). Если изменяется только вращательная энергия (Е_эл=0, а Е_кол=0 и Е_вр0), то возникают вращательные спектры.

Число различных колебательных переходов, сопровождающих электронный переход, и различных вращательных переходов, сопровождающих колебательный переход, весьма велико. Поэтому наблюдается сложная структура молекулярных спектров. Молекулярные спектры сплошные. Распределение интенсивности в спектре испускания (или поглощения) зависит от структуры энергетических уровней, их населенности и вероятностей переходов между различными уровнями энергии. Так как Е_элЕ_кол Е_вр, то при изучении электронных спектров вращательной структурой спектров можно пренебречь.

113. Эмиссионный и абсорбционный спектральный анализ, его медицинс кое применение.

Спектры поглощения и испускания вещества являются источником информации о качественном составе (из каких молекул или атомов состоит вещество), количественном соотношении различных компонентов вещества, их состоянии и структурной организации.

В спектральном анализе используют как спектры испускания (эмиссионный спектральный анализ), так и спектры поглощения (абсорбционный спектральный анализ).

В зависимости от энергии (частоты) фотона, испускаемого или поглощаемого атомом (или молекулой), классифицируют следующие виды спектроскопии: радио-, ИК-, УФ-, видимого излучения, рентгеновская.

По типу вещества источника спектра различают атомные, молекулярные спектры и спектры кристаллов.

В медицинских целях эмиссионный анализ служит в основном для определения микроэлементов в тканях организма, небольшого количества атомов металлов в консервированных продуктах с гигиенической целью, некоторых элементов в трупных тканях для целей судебной медицины и так далее.

Абсорбционные спектры широко используются в современных биохимических и биофизических работах.

Различают качественный (определение состава вещества) и количественный (определение концентраций соединений, входящих в данное вещество) спектральный анализ.