-
Электронные спектры поглощения
В фотометрическом анализе используют поглощение света молекулами комплексных (координационных) соединений, сольватов, а в ряде случаев и более сложных соединений. Взаимодействие светового излучения с такими сложными многоэлектронными системами описывают с помощью молекулярных спектров поглощения, вид которых определяется в основном состоянием электронов внешних орбиталей, участвующих в образовании химической связи [1].
При взаимодействии молекулы светопоглощающего вещества со световым излучением энергетические состояния электронов в молекуле изменяются. Молекула поглощает часть падающего излучения, и поглощенная энергия расходуется для перехода электронов из одного из основных состояний в состояние с более высокой энергией. Так как различные электроны в молекуле комплексного соединения обладают неодинаковыми энергиями в основном состоянии, то они возбуждаются излучением разных длин волн, поэтому все светопоглощающие соединения характеризуются избирательным поглощением света. Зависимость интенсивности поглощаемого света от длины волны и характеризует электронный спектр поглощения рассматриваемой молекулы.
В отличие от атомных спектров, представляющих собой отдельные линии, спектр поглощения молекулы состоит из ряда полос поглощения, каждая из которых напоминает гауссову кривую и отличается от других полос интенсивностью и длиной волны максимума поглощения. Полосчатый характер молекулярных спектров поглощения объясняется тем, что вследствие поглощения света наряду с изменением электронных состояний молекул происходит непрерывное перемещение атомных ядер, которое приводит к изменению колебательных состояний молекул. Поэтому каждому электронному переходу фактически соответствует целый ряд колебательно-электронных переходов, которые и обусловливают полосчатый характер молекулярных спектров поглощения.
В соответствии с длиной волны поглощаемого света во взаимодействие включаются разные состояния молекулы поглощающего соединения, которые характеризуются различными спектрами поглощения (табл. 1.1)
Таблица 1.1
Типы спектров поглощения
|
Область спектра |
Длина волны |
Тип спектра поглощения |
|
Вакуумная ультрафиолетовая |
10—200 нм |
Электронный |
|
Ультрафиолетовая |
200—400 нм |
Электронный |
|
Видимая |
400—750 нм |
Электронный |
|
Ближняя инфракрасная |
0,7—20 мкм |
Колебательный |
|
Дальняя инфракрасная |
20—1000 мкм |
Вращательный |
|
Микроволновая |
1—1000 мм |
Спектр ЯМР или ЭПР |
Электронные спектры обычно выражают
зависимостью молярного коэффициента
светопоглощения
от
длины волны поглощаемого света. Положение
максимума поглощения света в определенной
спектральной области является важной
оптической характеристикой вещества,
а характер и вид спектра поглощения
характеризует его качественную
индивидуальность. Спектры поглощения
веществ обычно снимают с помощью
регистрирующих спектрофотометров (с
автоматической записью спектра
поглощения), измеряющих оптическую
плотность или пропускание растворов в
видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной
областях спектра. Для примера приведены
спектры каталазы и Комплекса I в видимой
и УФ-области. Образование Комплекса 1
приводит изменениям в оптических
спектрах каталазы (рис. 1.4) [Error: Reference source not found],
что характерно для всех гемопротеидов,
спектральные свойства которых меняются
в зависимости от их состояния (в окисленной
или восстановленной форме) или от
включения их в комплексы с субстратом
или с другими веществами [Error: Reference source not found].
Менее качественно спектры поглощения
можно снять и при помощи нерегистрирующих
спектрофотометров или фотометров
(фотоколориметров), снабженных набором
узкополосных светофильтров. В этом
случае для получения спектра поглощения,
т. е. кривой светопоглощения в координатах
или
,
проводят серию измерений оптической
плотности раствора при различных длинах
волн в интересующей области спектра.
Измерения проводят через 10—20 нм, а найдя
границы максимума, промеряют эту область
через 1—2 нм. По полученным данным строят
кривую светопоглощения .
Рис 1.4. Оптические спектры чистого фермента каталаза и его фермент-субстратного комплекса в видимой (а) и УФ-области (б). [Error: Reference source not found].