PDF (1123296), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Проявление магнитного момента у электрона связанос тем, что электрон является заряженной частицей, и при вращении электрона вокруг своей оси (спиновое движение) возникаетмагнитное поле, направленное вдоль оси вращения. При помещении парамагнитного образца в магнитное поле магнитныемоменты неспаренных электронов ориентируются в этом поле, подобно тому, как это происходит с магнитными стрелками.Магнитный момент неспаренного электрона во внешнем магнитном поле может ориентироваться двумя способами - по полю ипротив поля. Таким образом, если в исследуемой системе имеются неспаренные электроны, наложение внешнего магнитногополя приводит к разделению электронов по группам: магнитные моменты одних электронов ориентированы по полю, других –против.Каждой из ориентаций магнитных моментов электронов соответствует свободная энергия.Разница в энергии электронов определяется выражениемΔE1 = Е2 - Е1 = g β H (1)где: β - константа, называемая магнетоном Бора и равная 9.27.10-21 эрг/Гс, а g - константа, называемая g - фактором и равная 2,когда магнитный момент электрона является спиновым магнитным моментом, H - напряженность магнитного поля.Величина ΔЕ может быть выражена и другим способом, а именно ΔЕ = hν, где hν - величина кванта энергии, необходимогодля перевода электрона из одного состояния в другое.Объединяя оба выражения для ΔЕ, можно записать: hν = g β H Это выражение носит название условия резонанса.Если к находящейся в магнитном поле системе, содержащей неспаренные электроны, подвести высокочастотное излучение счастотой ν, определяемой условием резонанса, то в исследуемой системе возникнут вынужденные электронные переходымежду соседними уровнями Е1 и Е2.
Переходы с одинаковой вероятностью будут происходить как из состояния Е1 в состояниеЕ2, так и наоборот. Однако, число переходов снизу вверх больше числа переходов сверху вниз, поскольку в соответствии сзаконом Больцмана заселенность нижнего уровня выше. Переходы из верхнего состояния внижнее происходят с испусканием энергии, а переходы из нижнего в верхнее - с поглощением.Но поскольку число переходов снизу вверх больше, то в целом при выполнении условиярезонанса в образце будет наблюдаться поглощение высокочастотного излучения. Частота,при которой наблюдается резонансное поглощение высокочастотного излучения образцом,связана с напряженностью магнитного поля:νβ=gH/hИз этого выражения видно, что резонансное поглощение можно наблюдать:а) при изменении частоты ν электромагнитного излучения при постоянстве Hб) при изменении H при постоянстве ν.Из технических соображений применяется второй способ регистрации.В спектрометрах ЭПР сигнал регистрируется не в интегральном виде(рис.2.), а в виде первой производной.Регистрация сигнала ЭПР в виде первой производной оказываетсяпредпочтительной в связи с тем, что при таком способе регистрацииудается поднять чувствительность спектрометра на несколько порядковпо сравнению с регистрацией сигнала в интегральном виде.Для характеристики сигналов ЭПР употребляется набор параметров.Одним из таких параметров является амплитуда сигнала I (рис.3б),которая характеризует интенсивность сигнала.
Величина I измеряется вподавляющем большинстве случаев в относительных единицах (например в мм). Ясно, что чем больше концентрацияпарамагнитных частиц в образце, тем больше будет величина (при неизменности ширины сигнала). Величиной,характеризующей ширину сигнала, служит ΔHmax - ширина линии между точками максимального наклона (рис.3б.). Этавеличина измеряется в единицах магнитного поля - гауссах (Гс) или миллитеслах (мТл). Для того, чтобы измерить ΔHmax вединицах магнитного поля, необходимо знать масштаб по оси абсцисс на ленте самописца (т.е.
знать сколько гаусс приходится,например, на 1 см на ленте самописца). Для измерения ΔHmax применяются специальные эталоны.Сигнал ЭПР обладает не узкой линией, а полосой поглощения с определенной шириной. Это значит, что уровни спиновоговзаимодействия несколько размыты. В первую очередь это объясняется взаимодействием не только с тем магнитным полем,которое создается прибором, но и с другими: спин-спиновые взаимодействия создают дополнительные локальные магнитныеполя в местах расположения соседних спинов, меняя таким образом строгое условие резонанса (уширяя линию поглощения).Этим процессам соответствует время Т.
Оно тем больше, чем меньше спин-спиновые взаимодействия. Ширина линиипоглощения зависит от Т следующим образом:ΔH=1/ТЕсли вязкость в образце мала, то за счет быстрых молекулярных движений взаимные влияния успевают усредниться припоглощении переменного поля. В этом случае резонанс наблюдается при усредненной линии с уменьшенной шириной. Если жевязкость повышается (например, при замораживании), то скорость молекулярного движения замедляется, и спины успеваютпочувствовать влияние разных локальных полей.
Время Т сохранения спинового состояния уменьшится, а ширина линии –увеличится. Таким образом по ширине линии можно судить о характере внутримолекулярных движений в микроокруженииспиновой частицы. В методе ЭПР обычно применяются нитроксильные радикалы.Оказалось, что время вращения метки зависит от глубины её погружения в белковую глобулу: оно больше в гидрофобном ядреглобулы и меньше на гидрофильной поверхности. Таким образом, по ширине линии поглощения можно судить о подвижностимолекул. Более того, подвижность метки зависит от функционального состояния фермента.Метод ЯМР-спектроскопииНужны ядра с ненулевыми спинами (нечетная масса)Смотрят химический сдвиг (процентное отношение к тетраметилсилану). Получают график с пиками.можно определитьстереоизомеры. Соседние группы влияют на спектр.в принципе схож с методом ЭПР.
Во внешнем магнитном поле ядра некоторых атомов ориентируются строго определеннымобразом. В результате происходит разделение молекул по энергиям и можно записать ту же формулу для разности энергий ядер:ΔE1 = Е2 - Е1 = g β HС той лишь разницей, что константы g и β имеют другие численные значения.Величина ΔЕ может быть выражена и другим способом, а именно ΔЕ = hν, где hν - величина кванта энергии, необходимогодля перевода электрона из одного состояния в другое.Объединяя оба выражения для ΔЕ, можно записать: hν = g β H Это выражение носит название условия резонанса.Если к находящейся в магнитном поле системе подвести высокочастотное излучение с частотой ν, определяемой условиемрезонанса, то в исследуемой системе возникнут вынужденные переходы между соседними уровнями Е1 и Е2.
Переходы содинаковой вероятностью будут происходить как из состояния Е1 в состояние Е2, так и наоборот. Однако, число переходовснизу вверх больше числа переходов сверху вниз, поскольку в соответствии с законом Больцмана заселенность нижнего уровнявыше. Переходы из верхнего состояния в нижнее происходят с испусканием энергии, а переходы из нижнего в верхнее - споглощением. Но поскольку число переходов снизу вверх больше, то в целом при выполнении условия резонанса в образцебудет наблюдаться поглощение высокочастотного излучения. Частота, при которой наблюдается резонансное поглощениевысокочастотного излучения образцом, связана с напряженностью магнитного поля:νβ=gH/hИз этого выражения видно, что резонансное поглощение можно наблюдать:а) при изменении частоты ν электромагнитного излучения при постоянстве Hб) при изменении H при постоянстве ν.Из технических соображений применяется второй способ регистрации.Метод ЯМР в основном использует измерение сигналов от протонов ядер водорода.
Если бы протон был совершенноизолирован, он давал бы одну узкую линию в спектре ЯМР. Но в органических молекулях протон оказывается в магнитномполе, которое складывается из приложенного к образцу внешнего магнитного поля и из локального магнитного поля,сформированного движением электронов по орбиталям внутри молекулы. Суперпозиция внешнего и внутреннего магнитныхполей приводит к тому, что положение линии протона в спектре ЯМР сдвигается на ту или иную величину в зависимости отхимического строения той группы, в окружении которой этот протон находится.
Ценность метода ЯМР при изучениибиологических мембран заключается не столько в том, что по спектрам ЯМР можно сказать, сколько тех или иных группсодержит образец (содержание их пропорционально площади соответствующих пиков), сколько в том, что ширина полоспозволяет судить о подвижности соответствующих групп в мембранах. Увеличение вязкости микроокружения приводит куширению полос и уменьшению их амплитуды. Таким образом было показано, что холестерин, встраиваясь в мембрану,ограничивает подвижность в первую очередь восьми-десяти ближайших к сложноэфирной связи атомовжирнокислотныхцепей.Основные радиационные факторы, определяющие радиобиологические эффекты:внешнее и внутреннее облучение, вид ионизирующего излучения, доза облучения(основные характеристики дозовой кривой гибели), пространственноераспределение дозы облучения в организме, временнoе распределение дозыоблучения.Ионизирующее излучение — любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрическихзарядов разных знаков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
