Общая биофизика 1 Поглощение и спектрофотометрия Ю А

Общая биофизика. 1. Поглощение и спектрофотометрия Ю. А. Владимиров и А. Н. Осипов 2012 г. © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Основные разделы курса: 1. Поглощение и спектрофотометрия. Уравнение Шредингера. 2. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Особенности спектрофотометрии биологических объектов. 3. Флуориметрия. Основные законы флуорометрии. 4. Применение флуорометрии в медико-биологических исследованиях. 5. Метод хемилюминесценции. Физические основы. 6. Использование метода хемилюминесценции для решения медицинских и биологических задач. 7. Радиоспектроскопия. Основы метода электронного парамагнитного резонанса. 8. Применение метода ЭПР в медико-биологических ис следованиях. 9. Метод ядерного магнитного резонанса. 10. Метод магнитной резонансной томографии. © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Рекомендуемые учебники: © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Более полное учебное пособие © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Учебник для студентов МБФ РГМУ © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Действие света на живые организмы Растения Бактерии Животные и человек Фотосинтез Фототаксис • Зрительное восприятие Фототропизм Мутагенное действие • Образование витамина Д Фотопериодизм УФ • Загар Бактерицидное • Фото-эритема действие УФ • Фотодинамические эффекты © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Фотомедицина УФ-облучение Лечение лазером • УФ-облучение • Лазерная хирургия • Лечение • Фотодинамическая кожных кожи • УФО крови терапия • Лазерная терапия © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом ПУФО-терапия болезней

Основные стадии фотобиологического процесса 1. Поглощение фотона хромофором 2. Перераспределение энергии в фотохимическом центре 3. Первичный фотохимический акт 4. Темновые биохимические реакции 5. Физиологический ответ клеток 6. Реакция организма © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Свойства фотона Частица Масса покоя равна нулю Электромагнитная волна E l Длина волны Скорость света m=0 c l. Частота колебаний n E − энергия h – постоянная Планка © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Энергия и импульс частиц при скорости Частица Энергия p = mc Импульс с 2 E= mc E/p = c Заметьте, что масса в этом уравнении не фигурирует! Оно справедливо и для фотона (m=0). Импульс фотона p= E/c = hn/c Откуда p=h/l © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Свойства электрона e¯ Скорость Частица v Масса покоя равна Импульс = mv m Постулат де Бройля Все частицы –это волны. Импульс частицы есть импульс ее волны l Длина волны l p = mv = h / l l = h /mv Уравнение де Бройля © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Образование стоячей волны в потенциальном ящике Сложение прямой и обратной волны – . дает стоячую волну, Которая будет существовать всегда при незатухающем колебании © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Образование стоячей волны Сложение прямой и обратной волны дает стоячую волну, Которая сохраняется всегда при незатухающем колебании. © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Электронные ящики © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Не в каждом ящике может образоваться стоячая волна Стоячая волна образуется только в том случае, если в ящик укладывается целое число полуволн. © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом n=1 n=2 n=3

Уравнение Шредингера (1) количественно описывает свойства стоячих электронных волн в потенциальном ящике, в том числе в атомах. Уравнение Шредингера для электронных волн похоже на известное из механики уравнение гармонической волны, которое рассматривает случай распространения колебательного движения в трехмерном пространстве. Здесь w – возмущение, u – фазовая скорость распространения волны, а D – оператор Лапласа, который представляет собой сумму частных вторых производных функции (в нашем случае – смещения) по трем координатам: © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Уравнение Шредингера (2) (Савельев, том 3, стр. 76, ур. 21. 1) Уравнение гармонической волны Уравнение Шредингера для стационарных состояний E – полная энергия частицы, U – потенциальная энергия Делаем замену: © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Энергия электрона в потенциальном ящике (1) Одномерное уравнение Шредингера для стационарного состояния в отсутствие поля (U = 0) Подстановка Дифференциальное уравнение Общее решение © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Энергия электрона в потенциальном ящике (2) Общее решение Граничные условия: На левой границе Отсюда находим © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Энергия электрона в потенциальном ящике (3) На правой границе ящика Находим круговую частоту Из условий подстановки находим энергию E Окончательное значение энергии электрона в ящике © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом

Распределение электронной плотности и энергия электрона в потенциальном ящике | |2 n=4 n=3 n=2 n=1 © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом n=3 n=2 n=1 E

Образование молекулы формальдегида 1 H 1 s 2 C C O x C CH 2 2 sp 2 2 pz 2 py 2 px 2 pz 2 py 2 pz 1 s 2 2 py 2 2 px 2 pz 5 6 H 1 s 2 2 sp 2 sp 2 рz 4 z y 1 s 2 2 py 2 px 2 pz 3 H O s-связь CH 2 1 s 2 2 sp 2 sp 2 рz © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом p-связь 7

Образование s- и p-связей в молекуле формальдегида H 2 sp 2 1 H 2 sp 2 C s-связь O p-связь. 2 pz s-связь и другие p-орбитали показаны контуром. 1 s-орбитали показаны сферами). 2 pz 3 2 sp 2 s-связь (p-связь не показана) 2 py 2 pz 2 2 py 2 px 2 pz 2 pz 2 py 2 px 2 pz 2 py 2 pz Электронные орбитали z H y 4 x H C p O Структурная формула © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом n

Электронные уровни и переходы в молекуле формальдегида p* n p Возбужденное состояние p* p p* n p* p Основное состояние © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом n p Возбужденное состояние

Электронные переходы в пептидной связи s* А . . n s s* p p* n s* n p* p* n p O s p C С С N H s © Ю. А. Владимиров. Несанкционированное распространение запрещено законом