🗊Презентация Электронный парамагнитный резонанс

Электронный парамагнитный резонанс Физические основы метода

Явление ЭПР Суть явления электронного парамагнитного резонанса заключается в резонансном поглощении слабого электромагнитного поля парамагнитным образцом, находящимся в постоянном магнитном поле.

Парамагнитные частицы имеющим важное биологическое значение и состояния исследуемые методом ЭПР свободные радикалы металлы переменной валентности или их комплексы (Fe, Cu, Co, Ni, Mn) а также триплетные состояния, возникающие, например, в ходе фотобиологических процессов

Свободные радикалы

Электрон в атоме  

Квантовые числа Состояние каждого электрона в атоме обычно описывают с помощью четырех квантовых чисел: n, l, m (характеризуют движение электрона в пространстве) и s - вокруг собственной оси. 1. Главное квантовое число n: n=1, 2,… определяет полную энергию электрона в любом квантовом состоянии 2. Орбитальное квантовое число l: l=0,1, 2,…,(n-1) характеризует форму орбиталей, определяет квантование орбитального момента импульса электрона и орбитального магнитного момента  в сферически симметричном кулоновском поле ядра. 3. Магнитное квантовое число m: m=0, 1,  2,…,  l характеризует пространственное расположение орбитали, определяет квантование проекции орбитального, спинового и суммарного моментов на выделенное в пространстве направление 4. Спиновое квантовое число s : s=1/2 характеризует магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси, s — собственный момент импульса элементарных частиц. .

Орбитальные механический и магнитный моменты электрона

Спин

Спиновые механический и магнитный моменты электрона

Полные механический и магнитный моменты электрона Полный магнитный момент

g-фактор (магнитомеханическое отношение)

Орбитальные и спиновые моменты атомов с несколькими электронами g-фактор может быть выражен через полные квантовые числа S, L, J

Явление ЭПР Физическая картина явления Явление магнитного резонанса можно объяснить в рамках классической и квантовой физики.

Квантовомеханическая интерпретация ЭПР

Эффект Зеемана

Явление ЭПР

Принцип метода ЭПР

Явление магнитной релаксации

Классическая интерпретация ЭПР

Энергия магнитного момента M во внешнем магнитном поле

Устройство радиоспектрометра ЭПР

Схема простейшей установки для регистрации ЭПР

Спектр ЭПР

Основные характеристики спектров ЭПР

2. Ширина спектральной линии

Время релаксации

Ширина спектральной линии и время релаксации

Механизмы уширения сигнала ЭПР

3. g-Фактор

g-Фактор

Спин и магнитный момент ядра

Сверхтонкая структура спектров ЭПР

Сверхтонкая структура спектров ЭПР

Естественные сигналы ЭПР, наблюдаемые в биологических системах

Сигналы ЭПР семихинонных или феноксильных радикалов

Метод спиновых зондов

Cпектр ЭПР ТЕМПО при разных c

Время корреляции нитроксильного радикала непосредственно связано с микровязкостью среды

Параметр гидрофобности f

Спектр ЭПР спинового зонда 5-доксилстеарата в мембране эритроцита

Параметр упорядоченности и вязкость мембраны

Изменения сигнала ЭПР при уменьшении S и возрастании угла отклонения конуса вращения g

Изменения сигнала ЭПР при удалении нитроксильного радикала от полярной карбоксильной группы жирной кислоты

Спектр ЭПР рН чувствительного зонда (pK=4,7) при разных рН

Спектр ЭПР химотрипсина с присоединенной спиновой меткой

Спектры ЭПР спиновой метки при взаимодействии с SH-группами белка

Литература

Вопросы к зачету 1. Магнитные свойства веществ. Орбитальный и спиновый угловые моменты электрона. 2. Орбитальный и спиновый магнитный моменты электрона. Соотношение между угловыми и магнитными моментами. 3. Магнитный момент в магнитном поле. Зеемановское расщепление энергетических уровней. Взаимодействие магнитных моментов с электромагнитным излучением. 4. Принцип электронного парамагнитного резонанса. 5. Спин-решеточное и спин-спиновое взаимодействие. Времена спин-решеточной и спин-спиновой релаксации. Механизмы спин-решеточной и спин-спиновой релаксации. 6. Ширина линии поглощения. Связь ширины линии с временами спин-решеточной и спин-спиновой релаксации. Интенсивность линии. Определение концентрации парамагнитных частиц по интенсивности сигнала ЭПР. 7. Сверхтонкое взаимодействие электронов и ядер. Механизмы сверхтонкого взаимодействия. Сверхтонкая структура в спектрах ЭПР. Энергетические уровни неспаренных электронов при взаимодействии с ядрами с различными спинами. Эквивалентные и неэквивлентные ядра. 8. Изотропная и анизотропная сверхтонкая структура. Анализ сверхтонкой структуры. Проблемы регистрации разрешенных спектров ЭПР в биологических системах. Причины анизотропии спектров ЭПР: анизотропия сверхтонкого взаимодействия и g-фактора. 9. Применение ЭПР в биологии. Особенности биологических образцов. 10. Ранние эксперименты, проводившиеся на лиофильно высушенных и замороженных объектах, эксперименты на интактных объектах. Современные направления развития экспериментальной техники ЭПР. 11. Основные направления применения ЭПР в биологии. Примеры исследования радиобиологических, фотобиологических и ферментативных процессов. Метод спиновых зондов и меток. Какие вещества применяются в качестве спиновых меток и зондов. Требования к их химическим свойствам. Особенности сигналов ЭПР зондов и меток. Применение зондов и меток в исследовании структурно-динамических свойств биомакромолекул и биомембран.. 13. Принцип метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Спины ядер. 14. Магнитный момент ядра. Поведение магнитного момента ядра в магнитном поле. Уравнение Лармора. Макроскопическая намагниченность. 15. Лабораторная и подвижная система координат. Эффективное магнитное поле. Спин-решеточная и спин-спиновая релаксация. Уравнения Блоха. 16. Стационарный и импульсный методы регистрации сигналов ЯМР. Импульсная Фурье - спектроскопия ЯМР. Импульсные методы регистрации времен спин-спиновой и спин-решеточной релаксации. 17. Ширина линии ЯМР. Связь ширины линии с временами спин-решеточной и спин-спиновой релаксации. Понятие о квадрупольной релаксации. Интенсивность сигналов ЯМР. Аппаратурные причины уширения линий. 18. Химический сдвиг. Природа химического сдвига . Составляющие химического сдвига. Примеры химических сдвигов различных ядер. 19. Спин-спиновое взаимодействие и его отражение в спектрах ЯМР. 20. Особенности сигналов ЯМР в жидкостях и твердых телах. Современные методы регистрации разрешенных спектров ЯМР в твердых телах. Двумерная спектроскопия ЯМР. 21. Основные направления использования ЯМР в биологии и медицине. 22. Применение ЯМР в изучении структурно-динамических свойств макромолекул и биомембран. ЯМР-томография.

Энергия ядра в магнитном поле

Количественные различия ЭПР и ЯМР