INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH. Vladimír Baumruk

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH. Vladimír Baumruk"

Vojtěch Denis Kraus
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH Vladimír Baumruk Univerita Karlova v Prae Matematicko-fikální fakulta Fikální ústav UK

2 Metod vibrační spektroskopie infračervená spektroskopie (IČ) Ramanova spektroskopie (RS) 2

3 Vibrační spektroskopie princip CO 2 - lineární molekula (O=C=O) se středem smetrie n = 3 3n 5 = 4 2 valenční vibrace nesmetrická aktivní v IČ smetrická aktivní v RS 2 deformační vibrace (degenerované) aktivní v IČ střed smetrie alternativní áka vibrace aktivní v IČ spektru nejsou aktivní v Ramanově spektru a vice versa (ted komplementarita IČ a Ramana) frekvence vibrace f silová konstanta (síla vab) μ redukovaná hmotnost 3

aktivní v IČ střed smetrie alternativní áka vibrace aktivní v IČ spektru nejsou aktivní v Ramanově spektru

4 Vibrační spektroskopie princip CO 2 - lineární molekula (O=C=O) se středem smetrie n = 3 3n 5 = 4 2 valenční vibrace nesmetrická aktivní v IČ smetrická aktivní v RS 2 deformační vibrace (degenerované) aktivní v IČ střed smetrie alternativní áka vibrace aktivní v IČ spektru nejsou aktivní v Ramanově spektru a vice versa (ted komplementarita IČ a Ramana) frekvence vibrace f silová konstanta (síla vab) μ redukovaná hmotnost 4

5 Vibrační spektroskopie princip hν = hν ± ( E E ) R Ramanův posuv ν vib = ν 0 -ν R vibrace aktivní v IČ spektru (měna dipólového momentu) vibrace aktivní v Ramanově spektru (měna polariovatelnosti) 5

6 Vibrační spektroskopie spektra intenita roptlu propustnost (%) IČ Raman daleká IČ (FIR) vlnočet (cm -1 ) Infračervené absorpční a Ramanovo spektrum kselin benoové 6

7 Jednoduché molekul smetrie a vibrace (příklad CCl 4 ) ν cm -1 2 degenerovaná ν cm -1 3 degenerovaná ν cm -1 plně smetrická ν cm -1 3 degenerovaná polariované spektrum infračervená absorpce depolariované spektrum -1 vlnočet (cm ) 7

plně smetrická ν 3 780 cm -1 3 degenerovaná polariované

8 Detailní pohled na ν 1 pás v Ramanově spektru CCl 4 C 35 Cl 2 37 Cl 2 C 35 Cl 3 37 Cl C 35 Cl 4 ν 1 - smetrická valenční vibrace C 35 Cl 37 Cl 3 vlnočet (cm -1 ) Iotopické štěpení dík eistenci dvou stabilních iotopů 35 Cl a 37 Cl (jednotlivé komponent odpovídají růnému astoupení těchto dvou iotopů v molekule CCl 4 ) 8

) Iotopické štěpení dík eistenci dvou stabilních iotopů 35 Cl a 37 Cl

9 Vařování oscilujícího dipólu směr šíření Oscilující elektrický dipól Úhlové rodělení amplitud E (---) a ářivosti I ( ) oscilujícího elektrického dipólu. 9

10 Roptl (a) (b) Roptl lineárně polariovaného světla molekulou 10

11 Roptl Roptl nepolariovaného světla molekulou 11

12 Polariovaný Ramanův roptl Depolariační poměr I ρ = = I α 3β α ( ) β( α) 2 tenor polariovatelnosti μ = αe iotropní invariant 1 α = ααα 3 1 β α 3 α α α α 2 2 ( ) = ( αβ αβ αα ββ) aniotropní invariant Totální spektrum ( ) 2 2 Itot = I + I = 45α + 7β α Měření polariovaných Ramanových spekter v pravoúhlé geometrii eperimentu 12

( ) = ( αβ αβ αα ββ) aniotropní invariant Totální spektrum ( ) 2 2 Itot = I + I =

13 () monokrstal síranu adeninu roptl Polariovaná Ramanova spektra orthorombického monokrstalu () ecitace roptl () () roptl ecitace ecitace roptl Portova notace () () roptl ecitace () ecitace roptl ecitace T=300K oblast vnitromolekulárních vibrací 13

roptl ecitace ecitace roptl Portova notace () () roptl

14 () monokrstal síranu adeninu roptl Polariovaná Ramanova spektra orthorombického monokrstalu ecitace roptl be analátoru (+) ecitace () roptl ecitace (+) roptl be analátoru () roptl ecitace ecitace T=10K níkofrekvenční oblast (meimolekulární vibrace) 14

(+) ecitace () roptl ecitace (+) roptl be analátoru () roptl

15 15

16 16

17 ( ) ρ = I I + I p p a ( 1 ) ρ = ρ ρ + ρ = 0.88 pás polkrstalické komponent pás amorfní komponent Dvoufáový sstém - mikrokrstalický křemík v amorfní matrici Tsu et al. Appl. Phs. Lett. 40, 534 (1982) 17

18 Proč vibrační spektroskopie? strukturní informaci le ískat v relativně krátkém čase (proto nacháí vužití například v proteomice) neomeuje se poue na statický obráek (citlivost ke měnám, možnost dnamických studií) velikost studovaných molekul a povaha okolního prostředí nepředstavují žádné omeení (a nebo jen výjimečně) je to mimořádně vhodná metoda pro koumání vtahu mei strukturou a funkcí biomolekul 18

neomeuje se poue na statický obráek (citlivost ke měnám, možnost dnamických studií) velikost

19 Výhod vibrační spektroskopie RS a IČ jsou nedestruktivní metod (možnost testování biologické aktivit po skončení měření). Aplikovatelné na vork libovolné morfologie (rotok vodné i nevodné, suspene, precipitát, gel, vrstv, vlákna, prášk, monokrstal, ). Pro biomolekul le tak ověřit nakolik se shoduje či naopak odlišuje jejich struktura v krstalu a v rotoku. Nenáročné na objem vorku (cca 10 ml pro konvenční RS, 20 ml proič). Rchlá časová škála absorpce i roptlu ( s) - vužití vibrační spektroskopie pro časově rolišené studie procesů, které nejsou přístupné pomocí fluorescence či NMR. Eistence rosáhlé databáe IČ a Ramanových spekter (včetně přiřaení pásů jednotlivým vibracím a námých strukturně-spektrálních korelací). 19

Pro biomolekul le tak ověřit nakolik se shoduje či naopak odlišuje jejich struktura v krstalu a v rotoku. Nenáročné na objem vorku (cca 10 ml pro konvenční RS, 20 ml proič).

20 Specifické výhod Ramanov spektroskopie Voda představuje ideální ropouštědlo pro Ramanovu spektroskopii (na rodíl od IČ). Intenívní pás v Ramanových spektrech pocháejí od vibrací, při kterých docháí k velké měně polariovatelnosti (např. aromatické molekul). Relativně snadné měření i v oblasti níkých vlnočtů (pod 400 cm -1, daleká IČ oblast) v jediném eperimentu se ákladní oblastí Selektivní reonanční esílení (tv. reonanční Ramanův jev). Povrchem esílený Ramanův roptl (SERS) (design SERS aktivního povrchu spadá do oblasti nanotechnologií) 20

Relativně snadné měření i v oblasti níkých vlnočtů (pod 400 cm -1, daleká IČ oblast) v jediném eperimentu se ákladní oblastí Selektivní

21 Nevýhod vibrační spektroskopie Spektrální rolišení je sice všší než v elektronových spektrech, ale nižší ve srovnání s NMR. Nedostatečné rolišení může být částečně kompenováno chemickou (iotopická áměna) nebo biologickou (bodová mutace) modifikací. Jsou potřeba relativně vsoké koncentrace vorku ( μg/μl) bť v malých objemech. Jak H 2 OtakiD 2 O nejsou ideálním ropouštědlem pro IČ spektroskopii (na rodíl od Ramanova roptlu). Ramanův jev (nepružný roptl světla) je e své podstat slabý jev (ve srovnání s absorpcí nebo emisí světla). Je ted nutná načná čistota vorků apéče při manipulaci s nimi (velmi vadí fluorescence příměsí). 21

Podobné dokumenty

IDENTIFIKACE LÉČIVA V TABLETÁCH POMOCÍ RAMANOVY SPEKTROMETRIE

IDENTIFIKACE LÉČIVA V TABLETÁCH POMOCÍ RAMANOVY SPEKTROMETRIE Úvod Ramanova spektrometrie je metodou vibrační molekulové spektrometrie. Za zakladatele této metody je považován indický fyzik Čandrašékhara