|
СПИНОВОГО ЗОНДА МЕТОД
(метод парамагнитного зонда), метод исследования мол. подвижности и разл. структурных
превращений в конденсир. средах по спектрам электронного парамагнитного резонанса
(ЭПР) стабильных радикалов (зондов), добавленных к исследуемому в-ву. Если стабильные
радикалы химически связаны с частицами исследуемой среды, их называют метками
и говорят о методе спиновых (или парамагнитных) меток. В качестве зондов и Меток
используют гл. обр. нитроксильные радикалы, к-рые устойчивы в широком
интервале т-р (до 100-200 СС), способны вступать в хим. р-ции без
потери парамагнитных св-в, хорошо растворимы в водных и орг. средах. Наиб. часто
применяют радикалы ф-лы I.
Высокая чувствительность
метода ЭПР позволяет вводить зонды (в жидком или парообразном состоянии) в малых
кол-вах-от 0,001 до 0,01% по массе, что не вызывает изменения св-в исследуемых
объектов. Метки вводят, как правило, в макромол. системы (полимеры, биополимеры),
для чего существуют разнообразные способы. Ниже перечислены наиб. простые и
доступные из них.
1) Химическая "прививка"
нитроксильного радикала к макромолекулам с реакционноспособными группами, как,
напр., при получении спин-меченых полиметилметакрилата и белка:
2) Образование спин-меченых
макромолекул полимеризацией или поликонденсацией в присут. мономеров, содержащих
нитроксильную группу или фрагмент, способный при дальнейшей обработке давать
нитроксильную группу.
3) Р-ции макромолекул с
бирадикалами и спиновыми ловушками (соед., образующие стабильные радикалы при
взаимод. с активными радикалами). В полимер вводят бирадикал и подвергают фотолизу,
радиолизу или механо-деструкции. С образующимися в полимере активными центрами
бирадикалы могут связываться только одним из парамагнитных фрагментов (при сохранении
второго). Спиновая ловушка в этих же условиях образует с активными центрами
полимера стабильный радикал, как, напр., при взаимод. фенил-трет-бутилнитрона
с макрорадикалом полиэтилена, полученным радиолизом:
В биологии широко применяют
методику специфич. встраивания (интеркаляции) в нужные участки макромолекул
нитроксильного радикала с предварительно введенными в него хим. группами, имеющими
сродство к исследуемым макромолекулам.
Спектры ЭПР нитроксильных
радикалов в разб. р-рах представляют собой три линии (см. рис.), возникающие
вследствие взаимод.
неспаренного электрона с ядром 14N. Соотношение ширин и интенсивностей
линий в спектре, а также расстояние между ними зависят от интенсивности вращат.
движения радикала, к-рая, в свою очередь, определяется подвижностью окружающих
частиц среды. Интенсивность вращат. движения характеризуют временем корреляции
т (период малоамплитудной переориентации), частотой вращения v
= 1/т или коэф. вращат. диффузии
Спектры ЭПР нитроксильных
радикалов в вязких средах при временах корреляции вращения 5·10-10
с (a), 2·10-9 с (б) и 1·10-7 с (в).
При использовании спектроскопии
ЭПР в трехсантиметровом диапазоне длин волн можно определять времена релаксации
от 5·10 -11 до 10-7 с. Этот интервал подразделяют на области
"быстрых" (5·10-11 — 3·10-9с) и "медленных"
(10 -9 — 10 -7 с) вращении. Формы спектров и способы их
обработки в разных областях различны. Для расчета т (в с) в области "быстрых"
вращений обычно используют соотношение:
где DH(+1)-ширина
спектральной линии в слабом поле, I(+1) и I(-1)-
интенсивности линий в слабом и сильном полях соответственно. Определение т
в области "медленных" вращений более сложно. Оценить его можно,
в частности, сопоставлением экспериментальных и теоретически рассчитанных спектров
ЭПР. Использование др. радиоспектроско-пич. методов (напр., спектроскопии ЭПР
в двухмиллиметровом диапазоне, электронного спинового эха, ЯМР) позволяет расширить
диапазон времен корреляции до интервала 10-12 - 10-3 c.
Определение трансляционной
(постулат.) подвижности зондов основано на зависимости ширины линий ЭПР от концентрации
радикалов, что обусловлено межмол. взаимодействием. Используют также обычные
методы определения коэф. поступат. диффузии.
Метод спиновых зондов и
меток применяется особенно широко для исследования синтетич. полимеров и биол.
объектов. При этом можно изучать общие закономерности динамики низкомол. частиц
в полимерах, когда спиновые зонды моделируют поведение разл. добавок (пластификаторы,
красители, стабилизаторы, инициаторы); получать информацию об изменении мол.
подвижности при хим. модификации и структурно-физ. превращениях (старение, структурирование,
пластификация, деформация); исследовать бинарные и многокомпонентные системы
(сополимеры, наполненные и пластифицир. полимеры, композиты); изучать р-ры
полимеров, в частности влияние р-рителя и т-ры на их поведение; определять вращат.
подвижность ферментов, структуру и пространств. расположение групп в активном
центре фермента, конформацию белка при разл. воздействиях, скорость ферментативного
катализа; изучать мембранные препараты (напр., определять микровязкость и степень
упорядоченности липидов в мембране, исследовать липид-белковые взаимод., слияние
мембран); изучать жид-кокристаллич. системы (степень упорядоченности в расположении
молекул, фазовые переходы), ДНК, РНК, поли-нуклеотиды (структурные превращения
под влиянием т-ры и среды, взаимод. ДНК с лигандами и интеркалирующими соединениями).
Метод используют также в разл. областях медицины для исследования механизма
действия лек. препаратов, анализа изменений в клетках и тканях при разл. заболеваниях,
определении низких концентраций токсичных и биологически активных в-в в организме,
изучения механизмов действия вирусов.
===
Исп. литература для статьи «СПИНОВОГО ЗОНДА МЕТОД»: Атлас спектров
электронного парамагнитного резонанса спиновых меток и зондов, М., 1977; Кузнецов
А. Н., Метод спинового зонда, М., 1976; Метод спиновых меток. Теория и применение,
под ред. Л. Берлинера, пер. с англ., М., 1979; Ажипа Я.И., Медико-биологические
аспекты применения метода электронного парамагнитного резонанса, М., 1983; Вассерман
A.M., Коварский А. Л., Спиновые метки и зонды в физикохимии полимеров, М., 1986.
А. Л. Коварский, E. М. Миль.
Страница «СПИНОВОГО ЗОНДА МЕТОД» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
|
