Допущено Учебно-методическим объединением по классическому университетскому образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению
020400 «Биология» и смежным специальностям
Молекулярная спектроскопия: основы теории и практика: Учебное пособие / Под ред. проф. Ф.Ф. Литвина. - М.: НИЦ Инфра-М, 2014. - 263 с.: 60x88 1/16. - (Высшее образование: Бакалавриат). (обложка)
ISBN 978-5-16-005727-9
DOI 10.12737/1445
Книга представляет собой введение в теорию и практику спектроскопии в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области. Изложение теоретических основ сопровождается детальным руководством по практическому использованию спектроскопии для количественного и качественного анализа веществ и реакций в простых и сложных системах. Уделяется внимание современным методам инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (FTIR), межмолекулярному переносу энергии (FRET), линейному дихроизму сложных объектов.
Книга предназначена для широкого круга биологов, химиков, студентов и аспирантов естественнонаучных специальностей.
Предисловие 3
Теоретическое введение
Взаимодействие электромагнитного излучения с молекулами, дипольное приближение 5
ГЛАВА 1.
АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ 40
Часть 1. Методические основы измерения спектров поглощения в видимой области, дифференциальная и производная спектроскопия 40
Элементы спектральной установки 40
Источники света 40
Монохроматоры 41
Детекторы световых потоков (фотоприемники) 46
Светофильтры 48
Основы абсорбционного спектрального анализа 51
Зависимость оптической плотности от длины волны X
(или частоты V ) 52
Форма полос поглощения 55
Форма спектральных полос, производные спектры 56
Разрешение отдельных полос в спектре поглощения 57
Выбор оптимальных условий измерения спектров.
Погрешности измерений и факторы, определяющие их величину 59
Устройство и принцип работы спектрофотометров 68
Пульт управления спектрофотометром 71
Функциональные фазы прибора 75
Включение прибора. Набор программы измерения
и запоминание. Вызов программы из памяти и измерение 76
Математическая обработка результатов 79
Измерение спектров поглощения биологических объектов 82
Практические задания 84
Часть 2. Абсорбционная спектроскопия белков и нуклеиновых кислот в ультрафиолетовой области. Влияние среды и денатурирующих
факторов, светорассеяние 98
Количественные закономерности поглощения света.
Закон Ламберта-Бера 98
Поглощение и светопропускание 98
Вывод формулы закона Ламберта-Бера 99
Условия применимости закона Ламберта-Бера к биологическим
объектам ЮЗ
Общие закономерности УФ поглощения белков
и нуклеиновых кислот 104
Ультрафиолетовые спектры поглощения аминокислот
в свободном состоянии 104
Ультрафиолетовые спектры белков 107
Влияние светорассеяния на спектры поглощения белков 107
Разностные ультрафиолетовые спектры поглощения белков 111
Ультрафиолетовое поглощение нуклеиновых кислот 111
Гиперхромизм 113
Температура плавления ДНК 115
Ренатурация 117
Влияние различных факторов на плавление ДНК 117
Практическая часть 119
Основные элементы и принцип действия спектрофотометра 119
Проведение различных процессов регистрации 124
Практические задания 126
ГЛАВА 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛ МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ С ФУРЬЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ (FTIR) 129
Колебательно-вращательные спектры молекул 129
Вращательные спектры молекул 129
Колебательные спектры молекул 133
Гармонический осциллятор 133
Ангармонический осциллятор 135
Колебательно-вращательные переходы в двухатомной
молекуле . 138
Влияние ядерного спина 141
Практическая часть 141
Метод инфракрасной спектроскопии с Фурье преобразованием.
(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) 141
Итерферограммы двух длин волн 144
Интерферограммы широких спектральных линий 147
Описание спектрометра 151
Включение спектрометра 151
Измерение спектров поглощения 152
Манипуляции со спектрами 152
Создание электронной библиотеки спектров в программе
OPUS (FTIR) 153
Практические задания 153
ГЛАВА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СЛОЖНЫХ
КОМПЛЕКСОВ МЕТОДОМ ЛИНЕЙНОГО
ДИХРОИЗМА 164
Анизотропия поглощения 164
Биологические задачи, решаемые методом измерения ЛД 169
Способы ориентирования образцов для измерения ЛД 173
Модели ориентации фотосинтетических мембран бактерий
Rhodopseudomonas palustris 175
Расчет ориентации вектора дипольного момента перехода
по моделям «А» и «Б» 177
Модель «А» 177
Модель «Б» 182
Формула для расчетов «А» или «Б» 183
Возможные ошибки и артефакты измерений 185
Затруднения на пути исследования линейного дихроматизма 187
Описание спектрофотометра СФ-18, модифицированного
для измерения линейного дихроизма в видимой и инфракрасной
области спектра 188
Практические задания 191
ГЛАВА 4.
СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ И ВОЗБУЖДЕНИЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ, МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЙ ПЕРЕНОС
ЭНЕРГИИ (FRET), НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ И ПРОИЗВОДНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 207
Часть 1. Исследование спектров флуоресценции биологических объектов в видимой области 207
Количественные соотношения между флуоресценцией,
поглощением и концентрацией вещества 210
Эффект экранирования в смеси веществ 211
Реабсорбция флуоресценции 212
Совместное влияние эффектов экранирования и реабсорбции 213
Тушение флуоресценции 215
А. Динамическое тушение, уравнение Штерна-Фольмера 215
Б. Статическое тушение 217
Спектры флуоресценции и спектры возбуждения флуоресценции.... 218
Практическая часть 1 220
Работа на установке для измерения спектров флуоресценции, возбуждения флуоресценции и спектров поглощения 220
Практические задания части 1 224
Флуоресцентные зонды 227
Изучение спектров флуоресценции пиридиннуклеотидных коферментов. Количественное определение НАД+ 231
Часть 2. Исследование спектров флуоресценции ароматических аминокислот и белков 234
Флуоресценция ароматических аминокислот 234
Флуоресценция белков 236
Производная спектрофлуориметрия 239
Практические задания части 2 240
Часть 3. Спектры возбуждения флуоресценции 242
Миграция энергии и оценка ее эффективности, перенос энергии
электронного возбуждения (FRET) 244
Артефакты при измерении спектров возбуждения 251
Измерения спектров возбуждения флуоресценции 253
Практические задания части 3 253
Дополнительная литература 257