6161619709

Ćwiczenie 5. Spektroskopia w podczerwieni w badaniu struktury biomakromolekuł

Metody spektroskopowe polegają na obserwacji oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią. Można je podzielić na metody: emisyjne, w których uzyskujemy informacje na temat promieniowania emitowanego przez próbkę; absorpcyjne, gdzie informacje uzyskiwane są na podstawie tej części promieniowania, która została zaabsorbowana oraz metody polegające na analizie promieniowania rozproszonego przez próbkę (spektroskopia Ramana). Spektroskopia w podczerwieni bada absorpcję promieniowania związaną ze wzbudzeniem poziomów oscylacyjnych cząsteczek.

5.1. Spektroskopia w podczerwieni - podstawy teoretyczne

W widmie promieniowania elektromagnetycznego zakres podczerwieni znajduje się pomiędzy promieniowaniem widzialnym i mikrofalowym. Najbardziej istotny z punktu widzenia spektroskopii biocząsteczek jest zakres podstawowy podczerwieni 4000 - 400 cm"¹, otoczony przez bliską (powyżej 4000 cm'¹) i daleką podczerwień (poniżej 400 cm'¹).

Energia wewnętrzna cząsteczek występuje w różnych formach, m. in.: (a) energii translacji, związanej z nieuporządkowanym ruchem molekuł; (b) energii rotacyjnej, wynikającej z wirowania cząsteczek wokół własnych osi; (c) energii oscylacyjnej, związanej z oscylacjami wokół położeń równowagi atomów cząsteczek oraz (d) energii elektronowej, w której skład wchodzi energia kinetyczna ruchu elektronów w cząsteczce oraz energia potencjalna oddziaływania elektronów z jądrami oraz sąsiednimi elektronami. Absorpcja promieniowania podczerwonego powoduje zmiany energii oscylacyjnej i rotacyjnej cząsteczki. Kształt widm w tym zakresie promieniowania w przypadku ciał stałych i cieczy zależy głównie od wzbudzeń oscylacyjnych, ponieważ rotacje cząsteczek są w tym przypadku częściowo lub całkowicie hamowane przez oddziaływania między cząsteczkowe. Widma ciał stałych i cieczy są w związku z tym nazywane widmami oscylacyjnymi, natomiast widma cząsteczek w fazie gazowej noszą nazwę widm oscylacyjno-rotacyjnych ze względu na dużą swobodę zarówno rotacji jak i oscylacji cząsteczek. Drgania molekuł wieloatomowych mają złożony charakter, można je jednakże przedstawić jako superpozycję pewnej liczby drgań prostych, zgodnych w fazie i o jednakowej częstości. Drgania te nazywane są drganiami normalnymi. Wyróżniamy wśród nich drgania rozciągające związane ze zmianą długości wiązań i drgania deformacyjne wynikające ze zmiany kątów płaskich pomiędzy wiązaniami podczas ruchu w płaszczyźnie lub poza płaszczyznę wiązań. Każdy z rodzajów drgań może być dodatkowo symetryczny lub niesymetryczny.

Rys. 1. Drgania normalne izolowanej cząsteczki H2O.