Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 3 - Д. Мецлер 1980
Свет в биологии
Поглощение света веществом
Количественные аспекты процесса поглощения света
Поглощение света лежит в основе всей фотохимии; на этом же явлении базируется и метод абсорбционной спектроскопии [5—10]. Поглощение всегда носит квантовый характер, т. е. происходит лишь в том случае, когда энергия кванта hv в точности равна разности энергий двух энергетических уровней молекулы, поглощающей свет:
E2 - E1 = hv. (13-4)
Таким образом, чтобы понять, как происходит поглощение света, нужно иметь представление об энергетических уровнях молекул. Необходимым условием поглощения света является не только совпадение энергии кванта с разностью Е2 — Е1, но и изменение дипольного момента молекулы при переходе последней с одного энергетического уровня на другой. Только в этом случае электрическое поле световой волны будет взаимодействовать с молекулой. Еще одно ограничение, налагаемое на процесс поглощения света, связано с симметрией волновой функции, соответствующей каждому из данных энергетических уровней. Квантовомеханическое рассмотрение показывает, что переходы между одними энергетическими уровнями разрешены, тогда как между другими запрещены. Хотя изложение этих вопросов выходит за рамки данной книги, читатель должен сознавать, что лежащие в их основе квантовомеханические правила отбора являются определяющим фактором поглощения света веществом.
Спектр поглощения света представляет собой график зависимости интенсивности поглощения, выражаемой тем или иным способом, от длины волны или волнового числа. Пропускание образца представляет собой отношение интенсивностей прошедшего (I) и падающего (I0) света. Пропускание обычно определяется для какой-то одной длины волны, т. е. для монохроматического света. Поглощение (или оптическая плотность), согласно закону Ламберта — Бера, равно
A = lg(I0/I) = εcl. (13-5)
Здесь l — длина оптического пути (в см), с — концентрация (в моль∙л-1), ε — молярный коэффициент экстинкции (в л ∙ моль-1∙ см-1). Читатель может легко вывести уравнение (13-5), предположив, что число световых квантов, поглощенных в тонком слое вещества толщиной dx, пропорционально числу поглощающих молекул в этом слое. Интегрирование по x от 0 до I даст закон Ламберта — Бера. Уравнение (13-5) обычно очень хорошо выполняется для растворов, содержащих какую-то одну форму ионов или молекул. Однако оно справедливо только для монохроматического света.