Ugrás a tartalomhoz

Illusztrált segédanyag a modern műszeres analitikai kémia oktatásához

Galbács Gábor (2013)

Szegedi Tudományegyetem; Pécsi Tudományegyetem

Cirkuláris dikroizmus spektroszkópia (CD)

Cirkuláris dikroizmus spektroszkópia (CD)

Működési elv

A síkban polarizált fény elektromos és mágneses térerősség vektorai mindig ugyanabban a síkban vannak. A cirkulárisan polarizált fény térerősség vektorai egy kör kerülete mentén forgó mozgást végeznek. Ahogy a fény halad előre, csavarvonalat kapunk. Ha az így kapott csavarvonal balmenetes, a fénysugarat balra, ellenkező esetben jobbra cirkulárisan polarizáltnak nevezzük. Elliptikusan polarizált fény esetén a térerősség vektorok végpontjai a fénysugár haladási irányára merőleges síkban ellipszist írnak le.

Cirkulárisan polarizált fény térerősség vektorának mozgása

Az optikailag aktív közegen áthaladó cirkulárisan balra, ill. jobbra polarizált fény eltérő sebességgel terjed, azaz a cirkulárisan balra polarizált fényre nézve más az optikailag aktív közeg törésmutatója, mint a cirkulárisan jobbra polarizált fényre. Az optikailag aktív közeg emellett különböző mértékben abszorbeálja a cirkulárisan balra, ill. jobbra polarizált fényt. A síkban polarizált fény az optikailag aktív közegen való áthaladás közben elliptikusan polarizálttá válik. A két cirkuláris fény eltérő mértékű abszorpcióját, illetve a kilépő fény ezzel kapcsolatos ellipticitását pedig cirkuláris dikroizmusnak (CD) nevezzük. A cirkulárisan balra és jobbra polarizált fény abszorpciós együtthatóinak különbségét (εbal- εjobb) a hullámhossz függvényében mérve kapjuk meg a mintára jellemző CD-spektrumot. Ebből következően a CD spektrumban nullától eltérő jelet csak abban az esetben mérhetünk, ha a vegyület az adott hullámhosszon abszorbeálja a fényt.

Eszközök és módszerek

A spektropolariméterek általában az UV, Vis és NIR tartományban működnek. Felépítésük a koncepciót tekintve mindössze annyiban tér el a szokásos abszorpciós spektrométerekétől, hogy a fényforrás monokromatizált fényét két részre bontják egy polarizáló és nyalábosztó optikai elem (pl. MgF2 kristály) alkalmazásával a mintára bocsátás előtt és a hullámhossz pásztázása során a két nyaláb mintabeli abszorpcióját felváltva, külön-külön detektorral mérik.

Analitikai teljesítőképesség

A CD spektrumban a spektrális sávok megjelenése a molekulaszerkezet felderítését segítik. Fehérjék tanulmányozása során másodlagos, harmadlagos szerkezeti információhoz juthatunk, konformációváltozást deríthetünk fel. Az UV tartományban a CD spektrum jellegzetességei közvetlen információkat szolgáltatnak arra nézve, hogy egy fehérje mekkora hányada van alfa hélix illetve béta redő konformációban. Érdeklődésre tartanak számot pl. a peptidkötés (240 nm alatt) és az aromás aminosav oldalláncok (260-320 nm között) sávjai. 220 nm környékén n-π* átmenet, 190 nm körül π-π* átmenet figyelhető meg. A fehérjék helikális szerkezetére vonatkozóan korlátozott mértékű információ olvasható ki a 208 nm és 222 nm hullámhosszaknál. A 260-320 nm közötti tartomány spektrumát alapvetően az aromás aminosavak határozzák meg.

A látható tartományban végzett CD-spektroszkópia a fém-fehérje kölcsönhatások vizsgálatára alkalmas. Ez azért különösen hatékony módszer, mivel a CD spektrumban a szabad fémionok abszorpciója nem jelentkezik. Ez nagymértékben megkönnyíti a kölcsönhatás jellemzőinek (pl. pH-függés, sztöchiometriai viszonyok) tanulmányozását.

Jellegzetes alkalmazási területek

A CD-spektroszkópia királis rendszerek vizsgálatát teszi lehetővé, és elsősorban egyes koordinációs kémiai vegyületek illetve biológiai eredetű minták vizsgálatára alkalmazzák. Jellegéből adódóan a számos hasznos, de jóval kisebb mértékű szerkezeti információt szolgáltat, mint más molekula szerkezetvizsgáló módszerek (pl. XRD, EXAFS, stb.)

Ellenőrző kérdések és feladatok

  1. Mit nevezünk cirkulárisan és elliptikusan polarizált fénynek?

  2. Milyen jellegzetességei vannak a spektropolariméterek felépítésének?

  3. Milyen szerkezeti információkat nyújt a CD spektroszkópia?