туда колебаний и размеры молекулы немного увеличиваются в одном или нескольких направлениях. Ценность спектрофото-метрических методов для биохимических исследований частично обусловлена высокой чувствительностью электронных энергетических уровней молекул к их непосредственному окружению. Точность и высокая чувствительность спектрофотометров в немалой степени расширяет возможности электронной спектроскопии. Повсеместно применяются и родственные методы — круговой дихроизм и флуоресценция. Наличие в белках, нуклеиновых кислотах, коферментах и многих других биохимических соединениях интенсивно поглощающих хромофоров еще более способствует популярности всех этих методов.

а. Форма полос поглощения

Электронные полосы поглощения обычно довольно широки: их ширина, измеряемая на уровне полувысоты, составляет 3000—4000 см-1. Связано это главным образом с тем, что электронное возбуждение сопровождается переходом молекулы на более высокие колебательные и вращательные подуровни. Вклад в уширение полос вносит также неоднородность окружения молекул в растворе. Форма полос поглощения в некотором приближении определяется принципом Франка—Кондона.

Поскольку частота света, поглощаемого при электронных -переходах, составляет ~1015—1016 с-1, поглощение осуществляется за Ю-15—ю-16 с (время, эквивалентное прохождению одной световой волны). За этот период ядра успевают сместиться лишь весьма незначительно, поскольку частота их колебаний много меньше указанной величины. Принцип Франка — Кондона гласит, что за время электронного перехода никаких существенных изменений в положениях атомных ядер молекулы не происходит. Рассмотрим рис. 13-5, на котором изображены два типа кривых потенциальной энергии молекул в возбужденном состоянии [б]. В первом случае геометрия молекулы в основном и возбужденном состояниях почти одинакова. Важно помнить, что при комнатной температуре большая часть молекул находится на самых нижних энергетических уровнях, по крайней мере для болыыинства колебательных состояний {-^МвТжЗОО см-1). Таким образом, в

случае рис. 13-5, Л наиболее вероятными будут переходы с самых нижних колебательных подуровней основного электронного состояния. Наиболее вероятное расстояние между ядрами двухатомной молекулы в основном состоянии равно равновесному значению ге (рис. 13-2). Поскольку это расстояние для всех колебательных подуровней возбужденного электронного состояния одинаково, переход может произойти в любое из этих состояний, но наиболее вероятен переход на первый колебательный подуровень возбужденного состояния. В результате мы имеем спектр поглощения, в котором наряду с интенсивной резкой линией, соответствующей «О—0-переходу», имеются более слабые линии, отвечающие переходам 0—1, 0—2, 0—3 и т. д. (рис. 13-5,А).

Спектр второго типа представлен на рис. 13-5,Б. В этом случае расстояние между ядрами за время перехода молекулы в возбужденное состояние увеличивается — ге оказывается больше, чем в основном состоянии. Согласно принципу Франка — Кондона, наиболее вероятным будет переход на те колебательные подуровни возбужденного состояния, для которых межъядерное расстояние большую часть времени примерно равно значению ге в основном состоянии. Из рис. 13-5,5 ясно, почему 0—0-переходу в спектре поглощения в этом случае отвечает менее интенсивная линия, чем переходам на более высокие уровни.

I

Реально наблюдаемые спектры поглощения, в особенности спектры поглощения многоатомных молекул, имеют гораздо более сложную природу. Одним из факторов, усложняющих ситуацию, является то, что некоторые молекулы в основном состоянии находятся на более высоких колебательных подуровнях, соответствующих низкоэнергетическим типам колебаний. Поэтому в спектре появляются более слабые линии, расположенные также и с низкоэнергетической стороны от О—0-перехода. Так как у многоатомных молекул существует несколько типов нормальных колебаний, между теми полосами, которые изображены на рис. 13-5, появляются другие. Все эти полосы уширяются из-за вращения молекул и взаимодействия их с растворителем.

Примером соединения, имеющего спектр такого типа, является толуол (метилбензол). Спектр паров толуола содержит большое число резких линий — некоторые из них видны даже на спектре, полученном при низком разрешении (рис. 13-6). Несколько серий из последовательных линий удается идентифицировать [22]. Одна из них начинается с интенсивной линии, характеризующейся волновым числом 37,48 кК, которая отвечает 0—0-переходу; расстояние между соседними линиями, равное ~930 см-1, соответствует колебаниям, приводящим к симметричному расширению и сжатию («дыханию») кольца; эти колебания можно обнаружить, сняв инфракрасный спектр соединения. Другие последовательности, начинающиеся с линии, которая отвечает 0—0-переходу, соответствуют колебаниям с

частотами (в возбужденном электронном состоянии) 460, 520 и 1190 см-1. Более слабые полосы на спектре, представленном на рис. 13-6, «скрыты» в областях между максимумами.

При снятии спектра поглощения толуола в раствор