Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
С. В. Конев, И. Д. Болотовский
Глава I. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ
1. ПРИРОДА СВЕТА
Свет представляет собой электромагнитное излучение (рис. I),
распространяющееся в пространстве с предельной в природе скоростью (в
вакууме - около 300 ООО км/с), с длинами волн от 400 до 700 нм.
Оптический диапазон длин волн включает в себя также
I Н'| |
4 III 1
*50 350 250
1 1 1 I 1 |
А, нм
600500 *00 300 200 150
20 30 *0 50 60 {1 х Ю5см~'
> ¦¦ I | ¦ I1 I | 1 ¦ I-1 Д м
5 В 7 89100 1315 17 20 V, * 10 Гц
2 3 45 5 7 8 ?,эВ
:-Ч-'| '¦¦tHVVH1 1 .
4 5 6 1 89101112 Е,*Ю°Дж/кОат
Рнс. 1. Спектр оптического диапазона электромагнитного излучения
инфракрасное (700-10 000 нм) и ультрафиолетовое (400-100 нм) излучения.
Поперечно-плоская световая волна характеризуется электрическим и
магнитным векторами напряженности полей, ориентированными взаимно
перпендикулярно. Световой луч распространяется в направлении,
перпендикулярном к электрическому и магнитному векторам. В прямом свете
солнца или лампочки представлен большой набор электромагнитных волн,
направления электрических векторов которых ориентированы случайным
образом. Такой свет называется неполяризованным.
6
Глава I. Взаимодействие света с веществом
Если электрические векторы всех волн ориентированы в одном направлении,
свет будет плоскополяризован-ным (линейно-поляризованным). Наряду с
волновыми свет обладает корпускулярными свойствами, и тогда говорят о
квантах (фотонах) света. Двойственная природа света находит отражение в
соотношении Планка:
где Е - энергия кванта; h - постоянная Планка, равная 6,6256" 10-27 эрг-
с; с - скорость света; v - частота колебаний вектора; X-длина световой
волны.
Энергия, содержащаяся в одном моле квантов, получила название Эйнштейн (1
Эйнштейн = N • hv, где N - число Авогадро, равное 6,022-1023).
2. ЗАКОНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА
Поглощение света внешне проявляется в ослаблении светового потока после
прохождения через исследуемый объект. Поглощение Тем больше, чем больше
концентрация вещества, поглощательная способность его молекул и толщина
слоя раствора. Для монохроматического света эти соотношения выражаются
законом Ламберта - Бера:
I = /0е-?С/, или lg /0// - еС7,
где /0 и / - интенсивности падающего на объект и вышедшего из него света
соответственно; е - коэффициент поглощения, характеризующий
поглощательную способность молекул вещества и зависящий от длины волны
света; I - толщина слоя; С-концентрация вещества.
Из закона Ламберта - Бера вытекает, что хотя абсолютное количество
поглощенной световой энергии прямо пропорционально интенсивности
(мощности) светового потока, падающего на объект, процент (доля)
поглощенного света от нее не зависит. Поэтому эффект поглощения
оценивается не по абсолютной величине поглощенной световой энергии, а по
ее отношению к интенсивности падающего на объект света. Так, коэффициент
поглощения (/0-/)//о показывает процент
2. Законы поглощения света
7
поглощенного, а коэффициент пропускания (///о) - процент прошедшего
света. Из закона Ламберта-Бера видно также, что коэффициент поглощения не
пропорционален концентрации вещества. Прямая пропорциональная зависимость
выполняется между lg I0/I и концентрацией вещества; lg /0/7 принято
называть оптической плотностью раствора (D). Условлено определять
оптическую плотность для толщины слоя 1 см. Оптическая плотность
одномолярного раствора называется молярной экс-тинкцией. Иногда
пользуются поперечным или молярным сечением поглощения, связанным с
молярной экстинк-цией соотношением s-3,8 -10-21 е. Физический смысл
поперечного сечения- площадь молекулы, абсолютно непроницаемая для света.
(В табл. 1 приведены другие па-
Т а б лица 1. Параметры, используемые в абсорбционной спектрофотометрии
Название Обоз- наче- ние Определяющее уравнение Единица измерения
Пропускание Т Т = 100 (///,) %
Оптическая плотность D Z) = lg/"// безразмерная величина
Коэффициент экстннк-цин е е = D/x см-1
Удельный коэффициент ослабления еуд D еУЛ - сх л/г-см
Молярный коэффициент ослабления ем D Ем - сх Л/МОЛЬ'СМ
Коэффициент поглощения 1 , / ^=-1п77 СМ-1
Молярный коэффициент поглощения р II СО. л/моль-см
Молярное сечение поглощения S 1 . I s = -^ln77 смг
раметры для оценки поглощательной способности вещества.)
Свет различных длин волн поглощается одним и тем же веществом
неодинаково. Зависимость поглощатель-
8
Глава I. Взаимодействие света с веществом
ной способности вещества от длины волны света называется спектром
поглощения. Чаще всего используются зависимости типа D=f(X) или e=f(X).
Каждое вещество характеризуется специфическим спектром поглощения. Однако
формальные законы поглощения света веществом еще не вскрывают внутренние
механизмы поглощения.
Поглощение света веществом - внутримолекулярный физический процесс. Свет
поглощается молекулами (их комплексами, атомами, радикалами, ионами), а
не сложными биологическими структурами, такими, например, как ядра,
митохондрии, клетки, сетчатка глаза. Исключение составляют лишь
