Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

Электронный осциллограф 12 страница




Известны терапевтические эффекты оптического излучения, осуществляющиеся за счет поглощения света молекулами, содер­жащимися в биологических тканях. Так, УФ-В-облучение кожи используется для лечения кожного заболевания — псориаза. Фо­тотерапия без использования экзогенных фотосенсибилизаторов применяется для лечения желтухи новорожденных. Желтуха но­ворожденных возникает из-за накопления в крови аномально вы­соких концентраций продукта распада гемоглобина — билируби­на. Это связано с тем, что в первые дни жизни у некоторых детей наблюдается недостаток фермента глюкуронилтрансферазы, пре­вращающей плохо растворимый в воде билирубин в его водораст­воримое производное. Гидрофобный билирубин склонен накапли­ваться в клетках мозга, что может приводить к необратимым из­менениям в центральной нервной системе. Билирубин имеет максимум поглощения в синей области спектра. Под действием синего света билирубин легко фотоизомеризуется непосредственно в кровеносных сосудах, образуя водорастворимые продукты, легко выводящиеся из организма. Таким образом устраняются патологические последствия гипербилирубинемии.

Существует ряд терапевтических методов, называемых фото­химиотерапией, в которых используется совместное воздействие экзогенных фотосенсибилизаторов и света. Наиболее распростра­нены два вида фотохимиотерапии: ПУВА-терапия кожных забо­леваний и фотодинамическая терапия злокачественных новообра­зований.

В ПУВА-терапии5 в качестве фотосенсибилизаторов использу­ются псоралены в сочетании с УФ-А-облучением кожи. Она эф­фективна при псориазе, витилиго, кожной Т-клеточной лимфоме и других дерматозах. При ПУВА-терапии в коже человека проте­кают все IV типа фотосенсибилизированных реакций, наиболее важны из них реакции типов III и IV.

Фотодинамическая терапия (ФДТ) используется для удаления опухолей, доступных для облучения светом. ФДТ основана на применении локализующихся в опухолях фотосенсибилизаторов, повышающих чувствительность тканей при их последующем об­лучении видимым светом. Часто в качестве фотосенсибилизато­ров при ФДТ используют производные гематопорфирина, погло­щающие в красной области спектра. Ведущую роль при ФДТ иг­рают реакции типа П. Разрушение опухолей при ФДТ основано на трех эффектах: 1) прямое фотохимическое уничтожение клеток опухоли; 2) повреждение кровеносных сосудов опухоли, приводя­щее к ишемии и гибели опухоли; 3) ФДТ способно вызывать вос­палительную реакцию, мобилизующую противоопухолевую им­мунную защиту тканей организма.



 

1 Ультрафиолетовое излучение с длинами волн менее 200 нм исполь­зуется редко. Оно поглощается кислородом воздуха, поэтому его дейст­вие можно изучать только в специальных условиях, например, в ваку­уме, из-за этого ультрафиолет с X < 200 нм называют вакуумным.

2 Избирательность действия отличает биологические эффекты света от эффектов ионизирующего излучения. Поглощение квантов рентгенов­ского или у-излучения осуществляется не молекулами, а атомами и не за­висит от того, в состав каких молекул эти атомы входят (см. § 26.4). По­этому поглощение ионизирующего излучения происходит в основном те­ми элементами, которых в организме больше. Так как наш организм на 80% состоит из воды, то радиохимические процессы приводят преимуще­
ственно к появлению радикалов воды, которые в дальнейшем поврежда­ют белки, нуклеиновые кислоты, липиды и др.

3 Здесь интенсивность выражена в числе фотонов, падающих на 1 м2
за 1 с.

4 Фотолиз — химическая модификация вещества под действием света.

5 Русское название этой терапии возникло путем транслитерации анг­лийской аббревиатуры PUVA, произошедшей от Psoralens + UVA-radia-tion.

 

§ 24.10. Биофизические основы зрительной рецепции

В этом параграфе описаны процессы, протекающие от момента поглощения кванта света молекулой зрительного пигмента до возникновения рецепторного потенциала на клеточной мембране палочки.

Сначала рассмотрим, как устроен зрительный рецептор. На рйс. 24.27 показаны: 1 — разрез глаза; 2 — колбочка; 3 — палоч­ка (М — скопление митохондрий); 4 — диск наружного сегмента палочки; 5 — фрагмент мембраны диска со встроенной в нее моле­кулой родопсина; 6 — хромофорная группировка родопсина — ретиналь в 11-цис- и полностью-трамс-конформации. Свет, попав­ший в глаз (см. § 21.4), фокусируется оптической системой на слой светочувствительных клеток сетчатки — палочек и колбо­чек. Палочки (их около 125 млн) располагаются по всей поверх­ности полусферической сетчатки и отвечают за черно-белое, или сумеречное, зрение. Колбочек значительно меньше (примерно 6,5 млн). Они, главным образом, сконцентрированы в централь­ной части сетчатки, на прямой, проходящей через центры рогови­цы и хрусталика, и отвечают за цветовое зрение при достаточно ярком освещении.

 

 

 

Строение сетчатки человека и позвоночных животных на пер­вый взгляд может показаться парадоксальным.

Светочувствительные клетки находятся в заднем слое сетчатки. Прежде чем свет попадет на них, он должен пройти через несколько слоев нервных клеток. Мало того, сами палочки и колбочки ориентиро­ваны к свету своим внутренним сегментом, не содержащим зри­тельного пигмента (см. рис. 24.27). Однако такая организация не снижает существенно чувствительности глаза к свету, так как нервные клетки и внутренние сегменты самих светочувствитель­ных клеток прозрачны для видимого света.

Самые ранние исследования зрения касались порога чувстви­тельности глаза. Абсолютный порог чувствительности зре­ния человека (т. е. минимальная еще обнаруживаемая энергия светового импульса при отсутствии светового фона и в условиях полной световой адаптации) равен 2,1 • 10-17 — 5,7 • 10-17 Дж на поверхности роговицы глаза, что соответствует 58—148 квантам сине-зеленого света. Однако из них только 5—15 квантов погло­щаются собственно молекулами зрительного пигмента в палочках сетчатки, а остальные теряются. Около 4% света отражается от роговицы, около 50% поглощается оптическими средами глаза, при этом около 80—85% света, дошедшего до сетчатки, проходит сквозь нее и поглощается в клетках пигментного эпителия. Бла­годаря пигментному эпителию, подстилающему сетчатку, резко уменьшается количество отраженного и рассеянного от задней стенки глаза света, и тем самым улучшается острота зрения. Так как в сетчатке содержится 125 млн палочек, все кванты при поро­говой интенсивности (а их всего 5—15) поглощаются разными па­лочками.

Рассмотрим строение и функции палочек (см. рис. 24.27). Зри­тельный пигмент палочек родопсин сосредоточен в наружных сег­ментах палочек, где он встроен в зрительные диски. Диски пред­ставляют собой замкнутые бимолекулярные липидные мембра­ны, напоминающие собой расплющенные воздушные шары, уложенные в стопку. Наружный сегмент соединен с внутренним сегментом тонкой соединительной ножкой. Во внутреннем сег­менте рядом с ножкой сосредоточено большое количество мито­хондрий, в нем же располагается ядро клетки. В конце внутрен­него сегмента, повернутого к свету, находится синаптический контакт с нервным волокном.

Молекулы родопсина пронизывают липидный бислой мембран зрительных дисков. Для нормальной фоторецепции очень важно, чтобы молекулы пигмента могли совершать быструю латераль­ную диффузию и находились в очень «мягком» окружении в мембране, так как молекулы пигмента после поглощения фотона претерпевают значительные конформационные перестройки. Ни­зкая вязкость липидного слоя обусловлена очень высоким (до 50%) содержанием полиненасыщенной докозагексеновой жирной кислоты (22 : 6 — она содержит 22 атома углерода и 6 ненасыщен­ных двойных связей). Однако по этой же причине в липидах мембран могут легко активироваться процессы пероксидного окисления, что, по-видимому, лежит в основе ряда заболеваний глаз.

Зрительный пигмент родопсин — сложный белок. Он состоит из гликопротеидной части — опсина и хромофорной группы — ре-тинальдегида, или просто ретиналя. Ретиналь может иметь не­сколько пространственных изомеров, например 9-цис-ретиналь, 11-цис-ретиналь, полностью-транс-ретиналь и др. Вся совокуп­ность фотохимических превращений родопсина зиждется на двух фундаментальных явлениях. Во-первых, ретиналь под действием света способен переходить в различные цис-транс-изомеры, наи­более важные из которых (11-цис- и полностью-транс-ретиналь) изображены на рис. 24.27. Во-вторых, только одна из этих изо­мерных форм, а именно 11-цис-ретиналь, структурно соответству­ет центру связывания ретиналя на опсине и образует с ним проч­ный комплекс. Другие изомеры таким соответствием не обладают и комплекс хромофор-белок непрочен.

Единственной фотохимической реакцией, которая приводит к появлению ощущения света, в зрительном рецепторе является фотоизомеризация (см. §24.9) 11-цис-ретиналя в полностью-транс-конформацию. После образования транс-формы простран­ственное соответствие хромофора и опсина нарушается, а это при­водит к целой серии конформационных перестроек в молекуле белка, которые сопровождаются изменениями в спектре поглоще­ния зрительного пигмента. Перестройки родопсина завершаются его распадом на опсин и полностью-яузамс-ретиналь. Далее фер­мент изомераза переводит полностью-транс-ретиналь в 11-цис-ретиналь, после чего происходит его присоединение к опсину и реге­нерация родопсина.

Фотопревращения родопсина приводят к электрическому отве­ту рецепторной клетки. За этим процессом можно проследить пу­тем регистрации электроретинограмм (экстраклеточного отведе­ния потенциалов от сетчатки). Сразу после освещения палочки короткой вспышкой света наблюдается продолжающийся при­мерно 1 мс ранний рецепторный потенциал (РРП), амплитуда ко­торого растет с увеличением интенсивности вспышки, но не превышает 5 мВ (рис. 24.28). Затем через 1 мс развивается поздний рецепторный потенциал (ПРП). Обращают на се­бя внимание несколько особенностей рецепторных потенциалов. Во-первых, в отличие от всех других известных кле­ток на цитоплазматической мембране наружных сегментов палочек потенци­ал имеет знак (+) внутри и знак (-) сна­ружи. Под действием света происходит развитие некоторого подобия потенциала действия нервных клеток, но с противоположным знаком. Во-вторых, индуцированный светом сигнал состоит из двух фаз: РРП и ПРП, природа которых совершенно различна. По-видимо­му, РРП связан с перемещением молекул родопсина во время конформационных перестроек, вызванных освещением. На молекуле этого белка имеются фиксированные заряды, положение которых относительно бислоя липидов после поглощения квантов света меняется, что и является причиной РРП. Следует подчеркнуть, что в возникновении РРП не участвуют никакие процессы изме­нения ионной проницаемости мембран. После РРП начинаются процессы совершенно иной природы, в которых решающую роль играет движение ионов через клеточную мембрану.

Особенностью наружных сегментов палочек сетчатки является то, что в покое (в темноте) их цитоплазматическая мембрана име­ет высокую проницаемость для ионов натрия, тогда как в покое мембраны нервных и мышечных клеток имеют высокую проница­емость для ионов калия. Асимметрия распределения ионов в па­лочке по сравнению с внешней средой такая же, как и для других клеток: внутри мало натрия, но много калия. Ведущую роль в от­крывании натриевых каналов цитоплазматических мембран па­лочек играет циклический гуанозинмонофосфат, на свету его кон­центрация падает. Поэтому после поглощения света родопсином натриевые каналы проницаемости закрываются и главным потен­циал-образующим ионом становится калий. В результате разви­вается поздний рецепторный потенциал со знаком (-) внутри клетки.

При слабом свете максимум чувствительности глаза человека расположен в области около 500 нм, что соответствует максимуму поглощения родопсина, содержащегося в палочках. На ярком свету максимум чувствительности смещается к 550 нм, что соот­ветствует максимуму спектра поглощения пигмента в наиболее распространенном типе колбочек. Пиг­мент колбочек содержит тот же самый 11-транс-ретиналь, как и родопсин, но белковая часть пигмента отличается, поэтому пигменты колбочек носят на­звание иодопсинов.

При измерении спектров поглоще­ния отдельных колбочек оказалось, что каждая колбочка содержит только один вид иодопсина, а типов колбочек всего три. Иодопсины человека имеют максимумы поглощения при 445, 535 и 570 нм. Поглощение света иодопсинами приводит к появлению РРП в кол­бочках. Для того чтобы измерить спектр действия РРП, регистрируют вызы­ваемые короткими вспышками яркого монохроматического света амплитуды РРП (рис. 24.29, а). На основании этих измерений строят спектры действия РРП (рис. 24.29, б), совпадающие по форме со спектрами поглощения зри­тельных пигментов. В сетчатке карпа таким способом обнаружено три типа колбочек с максимумами спектров дей­ствия при 462, 529 и 611 нм.

При некоторых генетических заболеваниях нарушается синтез одного из белков иодопсинов, в результате чего не образуется со­ответствующий пигмент цветного зрения и человек утрачивает способность различать цвета. Эта болезнь называется дальтониз­мом.

Роговица и хрусталик помимо того, что они ответственны за формирование изображения на сетчатке, выполняют также роль граничных светофильтров, пропускающих излучение с длинами волн более 300 и 400 нм, соответственно. В обеих структурах при очень больших дозах УФ-облучения происходят фотохимические повреждения, выражающиеся в помутнении и воспалительных реакциях. Главная причина помутнения хрусталика (катарак­ты) — его фотоповреждение. В присутствии сенсибилизаторов фо­топовреждения глаз резко усиливаются. Так, при ПУВА-терапии заболеваний кожи (см. § 24.9) часть сенсибилизатора, естествен­но, проникает в структуры глаза. УФ-А-облучение сенсибилизированных животных приводило к морфологически выраженным повреждениям роговицы, вещества внутренней камеры глаза, ирисовой диафрагмы и хрусталика. В основе фотосенсибилизированного псораленами повреждения хрусталика глаза лежат окис­лительные реакции с белками хрусталика человека — кристаллинами. Максимум спектра действия сенсибилизированного псора­ленами фотоповреждения глаз расположен при 320—340 нм, хвост спектра доходит до 380 нм. Больные, получающие ПУВА-терапию, во время УФ-А-облучения обязательно надевают светоза­щитные очки, чтобы избежать повреждения глаз. Им также в те­чение нескольких часов после приема таблеток псораленов нельзя находиться на прямом солнечном свету, содержащем большое ко­личество УФ-А-излучения. Фотоповреждения хрусталика необра­тимы, так как поврежденные молекулы из него никогда не выво­дятся.

До сетчатки УФ-излучениё не доходит, поэтому псоралены и другие фотосенсибилизаторы, поглощающие при l < 400 нм, не эффективны. Однако в клетках сетчатки осуществляются фото­повреждения под действием света, поглощенного хромофорной группой зрительных пигментов ретиналем. Ретиналь, входящий в состав зрительных пигментов, расходует энергию электронного возбуждения в процессах цис-транс-изомеризации. В других фо­тохимических реакциях связанный с опсином 11-цис-ретиналь, по-видимому, практически не участвует. Но свободный полностью-транс-ретиналь является на свету эффективным генерато­ром синглетного кислорода, т. е. способен фотосенсибилизировать реакции типа II (см. § 24.9). Квантовый выход триплетных воз­бужденных состояний свободного полностью-транс-ретиналя вы­сок; он составляет 0,4—0,7. Максимумы спектров поглощения различных изомеров свободного ретиналя располагаются при 360—380 нм, длинноволновый хвост захватывает фиолетовую об­ласть видимого света. Поэтому фиолетовый свет вызывает генера­цию триплетных возбужденных состояний ретиналя, что в свою очередь приводит к значительному окислительному повреждению мембран дисков рецепторных клеток. Субстратом окисления яв­ляются главным образом остатки полиненасыщенной докозагексеновой жирной кислоты, содержание которой в фосфолипидах мембран рецепторных дисков очень велико. Для защиты мембран дисков от фотосенсибилизированного окисления в них содержит­ся витамин Е (a-токоферол) в высоких концентрациях. Защитный эффект этого витамина обусловлен тем, что он, с одной стороны, способен переводить синглетный кислород в основное состояние, с другой стороны, он является эффективным ингибитором свобод­но-радикальных реакций цепного окисления ненасыщенных липидов. Фотоповреждение мембран, сенсибилизированное ретиналем, — очень важный негативный эффект, лежащий в основе по­вреждения сетчатки глаз под действием видимого света. Для защиты глаз можно рекомендовать два способа: применять антиоксиданты, а также пользоваться светозащитными очками, не пропускающими фиолетовый и синий свет. Ношение синих очков (пропускающих синий свет) очень вредно для глаз, так как эти оч­ки, ослабляя интегральный световой поток, стимулируют расши­рение зрачков. На сетчатку в результате попадает большее коли­чество фиолетового света, и фотосенсибилизируемое свободным ретиналем повреждение усиливается.

 

Глава 25

Магнитный резонанс

В этой главе, как и в предыдущей, рассматриваются явления, связанные с излучением и поглощением энергии атомами и молекулами.

Магнитный резонанс — избирательное поглощение электро­магнитных волн веществом, помещенным в магнитное поле.

 

§ 25.1. Расщепление энергетических уровней атомов в магнитном поле

В § 13.1, 13.2 было показано, что на контур с током, помещен­ный в магнитное поле, действует момент силы. При устойчивом равновесии контура его магнитный момент совпадает с направле­нием вектора магнитной индукции. Такое положение занимает контур с током, предоставленный самому себе. Существенно ина­че ориентируются в магнитном поле магнитные моменты частиц. Рассмотрим этот вопрос с позиции квантовой механики.

В § 23.6 отмечалось, что проекция момента импульса электро­на на некоторое направление принимает дискретные значения. Чтобы обнаружить эти проекции, необходимо каким-то образом выделить направление Z. Один из наиболее распространенных способов — задание магнитного поля, в этом случае определяют проекцию орбитального момента импульса [см. (23.26)], проек­цию спина (23.27), проекцию полного момента импульса электро­на [см. (23.30)] и проекцию момента импульса атома LAz [см. (23.37)] на направление вектора магнитной индукции В.

Связь между моментом импульса и магнитным моментом (13.30) и (13.31) позволяет использовать перечисленные формулы для нахождения дискретных проекций соответствующего магнит­ного момента на направление вектора В. Таким образом, в отли­чие от классических представлений, магнитные моменты частиц ориентируются относительно магнитного поля под некоторыми определенными углами.

Для атома, например, из (23.37) получаем следующие значе­ния проекций магнитного момента ртг на направление вектора магнитной индукции:

где магнетон Бора (см. § 13.1), т — масса электрона, mj — магнитное квантовое число, g множитель Ланде (g-фактор) (см. § 13.4), для заданного уровня энергии ато­ма он зависит от квантовых чисел L, J, S. Знак «-» в (25.1) обус­ловлен отрицательным зарядом электрона.

Энергия атома в магнитном поле с учетом того, что в отсутст­вие поля энергия атома равна Ео, определяется формулой

Так как магнитное квантовое число mj [см. (23.37)] может прини­мать 2J + 1 значений от +J до —J, то из (25.2) следует, что каждый энергетический уровень при помещении атома в магнитное поле рас­щепляется на 2J +1 подуровней. Это схематически показано на рис. 25.1 для J = 1/2. Разность энергий между соседними

подуровнями равна

Расщепление энергетических уров­ней приводит и к расщеплению спект­ральных линий атомов, помещенных в магнитное поле. Это явление называют эффектом Зеемана.

 

Запишем выражение (25.2) для двух подуровней E1 и Е2, образованных при наложении магнитного поля:

где Е01 и Е02 — энергетические уровни атома в отсутствие магнитного поля. Ис­пользуя (23.31) и (25.4), получаем выра­жение для излучаемых атомом частот:

 

где

 

— — частота спектральной линии в отсутствие магнитного поля;

 

— расщепление спектральной линии в магнитном поле. Из (25.7) видно, что Av зависит от магнитного квантового числа, множите­ля Ланде и магнитной индукции поля. Если g1 = g2 = g, то

Согласно правилам отбора для магнитного квантового числа, имеем

Это соответствует трем возможным частотам: n0 + gmBB/h, n0, n0 - gmBB/h, т. е. в магнитном поле спектральная линия расщеп­ляется и превращается в триплет (рис. 25.2). Такое расщепление называется нормальным или простым эффектом Зеемана. Он наблюдается в сильных магнитных полях или при g1 = g2.

В слабых магнитных полях при g1 ¹ g2 существует аномаль­ный эффект Зеемана, и расщепление спектральных линий зна­чительно более сложное.

 

 

§ 25.2. Электронный парамагнитный резонанс и его медико-биологические применения

У атома, помещенного в магнитное поле, спонтанные переходы между подуровнями одного и того же уровня маловероятны. Од­нако такие переходы осуществляются индуцированно под влиянием внешнего электромагнитного поля. Необходимым условием является совпадение частоты электромагнитного поля с частотой фотона, соответствующего разности энергий между расщеплен­ными подуровнями. При этом можно наблюдать поглощение энергии электромагнитного поля, которое называют магнитным резонансом.

В зависимости от типа частиц — носителей магнитного момен­та — различают электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

ЭПР происходит в веществах, содержащих парамагнитные частицы: молекулы, атомы, ионы, радикалы, обладающие маг­нитным моментом, обусловленным электронами. Возникающее при этом явление Зеемана объясняют расщеплением электронных уровней (отсюда название резонанса — «электронный»). Наибо­лее распространен ЭПР на частицах с чисто спиновым магнитным моментом (в зарубежной литературе такую разновидность ЭПР иногда называют электронным спиновым резонансом).

ЭПР был открыт Е. П. Завойским в 1944 г. В первых опытах на­блюдалось резонансное поглощение в солях ионов группы железа. Завойскому удалось изучить ряд закономерностей этого явления.

Из выражений (23.31) и (25.3) получаем следующее условие резонансного поглощения энергии:

 

Магнитный резонанс наблюдается, ес­ли на частицу одновременно действу­ют постоянное поле индукции Врез и электромагнитное поле с частотой v. Из условия (25.9) понятно, что обна­ружить резонансное поглощение мож­но двумя путями: либо при неизмен­ной частоте плавно изменять магнит­ную индукцию, либо при неизменной магнитной индукции плавно изме­нять частоту. Технически более удоб­ным оказывается первый вариант.

На рис. 25.3 показаны расщепле­ние энергетического уровня электро­на (а) и изменение мощности Р элек­тромагнитной волны, прошедшей об­разец, в зависимости от индукции магнитного поля (б). При выполнении условия (25.9) возникает ЭПР.

Форма и интенсивность спектральных линий, наблюдаемых в ЭПР, определяются взаимодействием магнитных моментов элек­тронов, в частности спиновых, друг с другом, с решеткой твердо­го тела и т. п. Выясним, как эти факторы влияют на характер спектров.

Предположим, что условие (25.9) выполняется. Для поглоще­ния энергии необходимо, чтобы у атомов вещества была большая населенность нижних подуровней, чем верхних. В противном слу­чае, будет преобладать индуцированное излучение энергии.

При электронном парамагнитном резонансе наряду с поглоще­нием энергии и увеличением населенности верхних подуровней происходит и обратный процесс — безызлучательные переходы на нижние подуровни, энергия частицы передается решетке.

Процесс передачи энергии частиц решетке называют спин-ре­шеточной релаксацией, он характеризуется временем т. По соот­ношению Гейзенберга (23.11) это приводит к уширению уровня.

Таким образом, резонансное поглощение вызывается не точно при одном значении В, а в некотором интервале (рис. 25.4). Вместо бесконечно узкой линии поглощения будет линия конеч­ной ширины: чем меньше время спин-решеточной релаксации, тем больше ширина линии (t1 < t2, соответственно кривые 1 и 2 на рис. 25.4).

Уширение линий ЭПР зависит также от взаимодействия спи­нов электронов (спин-спиновое взаимодействие) и от других взаи­модействий парамагнитных частиц. Разные типы взаимодейст­вия влияют не только на ширину линии поглощения, но и на ее форму.

Поглощенная при ЭПР энергия, т. е. интегральная (суммар­ная) интенсивность линии, при определенных условиях пропор­циональна числу парамагнитных частиц. Отсюда следует, что по измеренной интегральной интенсивности можно судить о кон­центрации этих частиц.

Важными параметрами, характеризующими синглетную (оди­ночную) линию поглощения, являются npeз, Врез, g (положение точки резонанса), соответствующие условию (25.9). При постоян­ной частоте v значение Врез зависит от g-фактора. В простейшем случае g-фактор позволяет определить характер магнетизма сис­темы (спиновый или орбитальный). Если же электрон связан с атомом, входящим в состав твердой кристаллической решетки или какой-либо молекулярной системы, то на него будут влиять сильные внутренние поля. Измеряя g-фактор, можно получить информацию о полях и внутримолекулярных связях.

Однако если бы при исследовании получалась только синглетная линия поглощения, то многие приложения магнитных резо­нансных методов были бы невозможны. Большинство приложе­ний, в том числе и медико-биологических, базируется на анализе группы линий. Наличие в спектре ЭПР группы близких линий ус­ловно называют расщеплением. Имеется два характерных типа расщепления для спектра ЭПР.

Первое — электронное расщепление — возникает в тех случа­ях, когда молекула или атом обладают не одним, а несколькими электронами, вызывающими ЭПР. Второе — сверхтонкое рас­щепление — наблюдается при взаимодействии электронов с маг­нитным моментом ядра.

Современная методика измерения ЭПР основывается на опре­делении изменения какого-либо параметра системы, происходя­щего при поглощении электромагнитной энергии.

Прибор, используемый для этой цели называют ЭПР-спектро­метром. Он состоит из следующих основных частей (рис. 25.5): 1 — электромагнит, создающий сильное однородное магнитное поле, индукция которого может плавно изменяться; 2 — генера­тор СВЧ-излучения электромагнитного поля; 3 — специальная

«поглощающая ячейка», которая концентрирует падающее СВЧ-излучение на образце и позволяет обнаружить поглощение энергии образцом (объемный резонатор); 4 — электронная схема, обеспечивающая наблюдение или запись спектров ЭПР; 5 — обра­зец; 6 — осциллограф.

В современных ЭПР-спектрометрах используют частоту около 10 ГГц (длина волны 0,03 м). Это означает в соответствии с (25.9), что максимум ЭПР поглощения для g = 2 наблюдается при В = 0,ЗТл.

 

Практически на ЭПР-спектрометрах регистрируют не кривую поглощения энергии (рис. 25.6, а), а ее производную (рис. 25.6, б). Одно из медико-биологических применений метода ЭПР за­ключается в обнаружении и исследовании свободных радикалов. Так, например, спектры ЭПР облученных белков позволили объ­яснить механизм образования свободных радикалов и в связи с этим проследить изменения первичных и вторичных продуктов радиационного поражения.





Читайте также:





Читайте также:
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...

©2015 megaobuchalka.ru Все права защищены авторами материалов.

Почему 3458 студентов выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.026 сек.)