Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH Vladimír Baumruk Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH Vladimír Baumruk Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální."— Transkript prezentace:

1 INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH Vladimír Baumruk Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta Fyzikální ústav UK

2 vibrační spektroskopie  infračervená spektroskopie (IČ)  Ramanova spektroskopie (RS) Metody 2

3 CO 2 - lineární molekula (O=C=O) se středem symetrie n = 3  3n – 5 = 4  2 valenční vibrace  2 valenční vibrace  nesymetrická  aktivní v IČ  symetrická  aktivní v RS  2 deformační vibrace (degenerované)  aktivní v IČ  2 deformační vibrace (degenerované)  aktivní v IČ střed symetrie  alternativní zákaz vibrace aktivní v IČ spektru nejsou aktivní v Ramanově spektru a vice versa (tedy komplementarita IČ a Ramana) frekvence vibrace f – silová konstanta (síla vazby)  – redukovaná hmotnost Vibrační spektroskopie – princip 3

4 CO 2 - lineární molekula (O=C=O) se středem symetrie n = 3  3n – 5 = 4  2 valenční vibrace  2 valenční vibrace  nesymetrická  aktivní v IČ  symetrická  aktivní v RS  2 deformační vibrace (degenerované)  aktivní v IČ  2 deformační vibrace (degenerované)  aktivní v IČ střed symetrie  alternativní zákaz vibrace aktivní v IČ spektru nejsou aktivní v Ramanově spektru a vice versa (tedy komplementarita IČ a Ramana) frekvence vibrace f – silová konstanta (síla vazby)  – redukovaná hmotnost Vibrační spektroskopie – princip 4

5  vibrace aktivní v IČ spektru (změna dipólového momentu)  vibrace aktivní v Ramanově spektru (změna polarizovatelnosti) Ramanův posuv vib = 0 - R 5

6 Vibrační spektroskopie – spektra Infračervené absorpční a Ramanovo spektrum kyseliny benzoové intenzita rozptylu propustnost (%)IČRaman vlnočet (cm -1 ) dalekáIČ(FIR) 6

7 1 460 cm -1 plně symetrická cm -1 2x degenerovaná cm -1 3x degenerovaná cm -1 3x degenerovaná polarizované spektrum depolarizované spektrum Jednoduché molekuly – symetrie a vibrace (příklad CCl 4 ) infračervená absorpce 7

8 Detailní pohled na  pás v Ramanově spektru CCl 4 Izotopické štěpení díky existenci dvou stabilních izotopů 35 Cl a 37 Cl (jednotlivé komponenty odpovídají různému zastoupení těchto dvou izotopů v molekule CCl 4 ) C 35 Cl 3 37 Cl C 35 Cl 4 C 35 Cl 2 37 Cl 2 C 35 Cl 37 Cl symetrická valenční vibrace vlnočet (cm -1 ) 8

9 Vyzařování oscilujícího dipólu Vyzařování oscilujícího dipólu Úhlové rozdělení amplitudy E (---) a zářivosti I ( ) oscilujícího elektrického dipólu. Oscilující elektrický dipól směr šíření 9

10 Rozptyl Rozptyl (a) (b) Rozptyl lineárně polarizovaného světla molekulou 10

11 Rozptyl Rozptyl Rozptyl nepolarizovaného světla molekulou 11

12 12 Polarizovaný Ramanův rozptyl Polarizovaný Ramanův rozptyl Měření polarizovaných Ramanových spekter v pravoúhlé geometrii experimentu Depolarizační poměr tenzor polarizovatelnosti izotropní invariant anizotropní invariant Totální spektrum

13 x y z excitace rozptyl y x z excitace rozptyl z x y excitace rozptyl y x z excitace rozptyl x z y excitace rozptyl z y x excitace rozptyl Polarizovaná Ramanova spektra orthorombického monokrystalu T=300K oblast vnitro- molekulárních vibrací monokrystal síranu adeninu x(yz)y y(xz)x z(xy)x y(zz)x x(yy)z z(xx)y Portova notace x(yy)z 13

14 x z y excitace rozptyl x z y excitace rozptyl z y x excitace rozptyl z y x excitace rozptyl x z y excitace rozptyl Polarizovaná Ramanova spektra orthorombického monokrystalu T=10K nízkofrekvenční oblast (mezimolekulární vibrace) x(zx)z x(zx+zy)z z(yx+yz)y x(zy)z z(zy)y bez analyzátoru 14 monokrystal síranu adeninu

15 15

16 16

17 Tsu et al. Appl. Phys. Lett. 40, 534 (1982) Dvoufázový systém - mikrokrystalický křemík v amorfní matrici pás amorfní komponenty pás polykrystalické komponenty 17

18 strukturní informaci lze získat v relativně krátkém čase (proto nachází využití například v proteomice) strukturní informaci lze získat v relativně krátkém čase (proto nachází využití například v proteomice) neomezuje se pouze na statický obrázek (citlivost ke změnám, možnost dynamických studií) neomezuje se pouze na statický obrázek (citlivost ke změnám, možnost dynamických studií) velikost studovaných molekul a povaha okolního prostředí nepředstavují žádné omezení (a nebo jen výjimečně) velikost studovaných molekul a povaha okolního prostředí nepředstavují žádné omezení (a nebo jen výjimečně) je to mimořádně vhodná metoda pro zkoumání vztahu mezi strukturou a funkcí biomolekul je to mimořádně vhodná metoda pro zkoumání vztahu mezi strukturou a funkcí biomolekul Proč vibrační spektroskopie ? 18

19 Výhody vibrační spektroskopie  RS a IČ jsou nedestruktivní metody (možnost testování biologické aktivity po skončení měření).  Aplikovatelné na vzorky libovolné morfologie (roztoky vodné i nevodné, suspenze, precipitáty, gely, vrstvy, vlákna, prášky, monokrystaly, …). Pro biomolekuly lze tak ověřit nakolik se shoduje či naopak odlišuje jejich struktura v krystalu a v roztoku.  Nenáročné na objem vzorku (cca 10 ml pro konvenční RS, 20 ml pro IČ).  Rychlá časová škála absorpce i rozptylu (  s) - využití vibrační spektroskopie pro časově rozlišené studie procesů, které nejsou přístupné pomocí fluorescence či NMR.  Existence rozsáhlé databáze IČ a Ramanových spekter (včetně přiřazení pásů jednotlivým vibracím a známých strukturně-spektrálních korelací). 19

20 Specifické výhody Ramanovy spektroskopie  Voda představuje ideální rozpouštědlo pro Ramanovu spektroskopii (na rozdíl od IČ).  Intenzívní pásy v Ramanových spektrech pocházejí od vibrací, při kterých dochází k velké změně polarizovatelnosti (např. aromatické molekuly).  Relativně snadné měření i v oblasti nízkých vlnočtů (pod 400 cm -1, daleká IČ oblast) v jediném experimentu se základní oblastí  Selektivní rezonanční zesílení (tzv. rezonanční Ramanův jev).  Povrchem zesílený Ramanův rozptyl (SERS) (design SERS aktivního povrchu spadá do oblasti nanotechnologií) 20

21 Nevýhody vibrační spektroskopie  Spektrální rozlišení je sice vyšší než v elektronových spektrech, ale nižší ve srovnání s NMR. Nedostatečné rozlišení může být částečně kompenzováno chemickou (izotopická záměna) nebo biologickou (bodová mutace) modifikací.  Jsou potřeba relativně vysoké koncentrace vzorku (   g/  l) byť v malých objemech.  Jak H 2 O tak i D 2 O nejsou ideálním rozpouštědlem pro IČ spektroskopii (na rozdíl od Ramanova rozptylu).  Ramanův jev (nepružný rozptyl světla) je ze své podstaty slabý jev (ve srovnání s absorpcí nebo emisí světla). Je tedy nutná značná čistota vzorků a péče při manipulaci s nimi (velmi vadí fluorescence příměsí). 21


Stáhnout ppt "INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROSKOPIE aneb CO NÁM MOHOU VIBRACE ŘÍCI O (BIO)MOLEKULÁCH Vladimír Baumruk Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální."

Podobné prezentace


Reklamy Google