NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG SỐNG pptx

CHƯƠNG I
NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG SỐNG
§1. CÁC KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU
I. Nhiệt động học hệ sinh vật và hướng nghiên cứu
Nhiệt động học hệ sinh vật nghiên cứu hiệu ứng năng lượng, sự chuyển hoá giữa các
dạng năng lượng, khả năng tiến triển, chiều hướng và giới hạn tự diễn biến của các quá trình
xảy ra trong hệ thống sống.
Cơ thể sống trong quá trình sinh trưởng và phát triển đều có sử dụng năng lượng vì
vậy nhiệt động học hệ sinh vật là lĩnh vực cần được nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu của
nhiệt động học hệ sinh vật là cơ thể sống, đó là một hệ mở do luôn xảy ra sự trao đổi vật
chất và năng lượng với môi trường xung quanh, có khả năng tự điều chỉnh, tự sinh sản…
Hiện nay nhiệt động học hệ sinh vật có các hướng nghiên cứu chủ yếu sau:
- Nghiên cứu sự chuyển biến năng lượng ở mức độ phân tử, tế bào, mô, cơ quan hay
toàn bộ cơ thể khi ở trạng thái sinh lý bình thường và trạng thái đang hoạt động. Xác định
hiệu suất sử dụng của các quá trình sinh vật và năng lượng liên kết trong các liên kết của các
cao phân tử sinh học.
- Nghiên cứu cơ chế tác động của sự thay đổi các yếu tố môi trường lên quá trình
chuyển hoá năng lượng và sự trao đổi năng lượng giữa cơ thể sống với môi trường.
II. Một số khái niệm và đại lượng cơ bản
- Hệ: Một vật hay một đối tượng cấu tạo bởi số lớn các phần tử gọi là một hệ nhiệt
động. Kích thước của hệ nhiệt động luôn luôn lớn hơn rất nhiều kích thước của các phần tử
cấu tạo nên nó. Hệ là một vật thể hay một nhóm vật thể được dùng làm đối tượng để nghiên
cứu. Ví dụ khi chọn cá thể để nghiên cứu thì cá thể là một hệ còn khi chọn quần thể để
nghiên cứu thì quần thể là một hệ.
- Hệ cô lập: Là hệ không có sự trao đổi vật chất và năng lượng giữa hệ với môi
trường xung quanh. Trên thực tế khó xác định được một hệ cô lập hoàn toàn nhưng ở qui
mô thí nghiệm các nhà khoa học có thể thiết kế được hệ cô lập như bom nhiệt lượng dùng
để nghiên cứu hiệu ứng nhiệt của các phản ứng oxy hoá.
- Hệ kín: Là hệ không trao đổi vật chất với môi trường xung quanh nhưng có trao đổi
năng lượng với môi trường xung quanh.
- Hệ mở: Là hệ có trao đổi cả vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh. Ví

dụ: cơ thể sống là một hệ mở.
- Tham số trạng thái: Là các đại lượng đặc trưng cho trạng thái của một hệ, ví dụ như
nhiệt độ, áp suất, thể tích, nội năng, entropi…
- Nhiệt độ: Là một đại lượng đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn của các
phân tử (nhiệt độ càng cao thì độ hỗn loạn càng tăng). Có các thang nhiệt độ bách phân
1
(Celcius); thang nhiệt độ tuyết đối (Kelvin); thang nhiệt độ Farenheit (Mỹ); thang nhiệt độ
Réaumur (Pháp)
FnRnCn
000
)328,1()8,0( +==
16,273
00
−= KTCt
- Áp suất: áp suất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng một lực nén vuông góc lên
một đơn vị diện tích
S
F
P =
Đơn vị: + Hệ SI:
PamN =
2
/
(Pascal)
+
24
/10.81,91 mNat =
+
TormmHgat 7607601 ==
(Toricelli)

+ CGS:
2
/ cmdyn
- Trạng thái cân bằng: Là trạng thái trong đó các tham số trạng thái đạt một giá trị
nhất định và không đổi theo thời gian.
- Quá trình cân bằng: Là quá trình trong đó các tham số trạng thái thay đổi với tốc
độ chậm tới mức sao cho tại mỗi thời điểm có thể, xem như trạng thái của hệ là trạng thái
cân bằng.
- Quá trình thuận nghịch: Là quá trình biến đổi mà khi trở về trạng thái ban đầu
không kèm theo bất cứ một sự biến đổi nào của môi trường xung quanh.
- Quá trình bất thuận nghịch: Là quá trình biến đổi mà khi trở về trạng thái ban đầu
làm thay đổi môi trường xung quanh.
- Hàm trạng thái: đặc trưng cho trạng thái của hệ, khi sự biến thiên giá trị của nó
trong bất cứ quá trình nào cũng chỉ phụ thuộc vào giá trị đầu và giá trị cuối mà không phụ
thuộc vào con đường chuyển biến. Nội năng (U), năng lượng tự do (F), thế nhiệt động (Z
hay G), entanpi (H), entropi (S) là những hàm trạng thái.
- Năng lượng: là 1 đại lượng đặc trưng cho sự vận động của vật chất. Năng lượng là
đại lượng có thể đo được, có thể biến đổi một cách định lượng luôn theo cùng một tỉ lệ
thành nhiệt lượng. Năng lượng phản ánh khả năng sinh công của một hệ. Đơn vị dùng để đo
năng lượng là Calo (Cal) hay Joule (J), eV, W, erg. Trong cơ thể sống có các dạng năng
lượng sau:
+ Hóa năng: do gãy các liên kết …
+ Động năng: năng lượng để di dời vật chất, thay đổi tư thế…
+ Năng lượng sinh công thẩm thấu: vận chuyển vật chất qua màng
+ Năng lượng sinh công điện
+ Năng lượng sinh nhiệt: để duy trì nhiệt độ cơ thể để các phản ứng chuyển hóa
thuận lợi trong cơ thể.
Mối quan hệ giữa năng lượng và vật chất theo công thức Einstein: E = mc
2
2

- Công và nhiệt: Đó là hai hình thức truyền năng lượng từ hệ này sang hệ khác. Nếu
như sự truyền năng lượng từ hệ này sang hệ khác gắn liền với sự di chuyển vị trí của hệ thì
sự chuyền đó được thực hiện dưới dạng công. Ví dụ khi chạy 100 mét thì năng lượng tiêu
tốn đã được dùng vào thực hiện công để di chuyển vị trí. Nếu sự truyền năng lượng từ hệ
này sang hệ khác làm tăng tốc độ chuyển động của phân tử ở hệ nhận năng lượng thì sự
truyền đó được thực hiện dưới dạng nhiệt. Công và nhiệt là hàm số của quá trình vì chúng
đều phụ thuộc vào cách chuyển biến.
Biểu thức của công:
∫
= sdFA
. Công là một dạng truyền năng lượng làm tăng mức
độ chuyển động có trật tự của một vật.
Nhiệt lượng là một dạng năng lượng trao đổi trực tiếp giữa các phân tử chuyển động
hỗn loạn của những vật tương tác với nhau.
Biểu thức của nhiệt:
TmCQ ∆=∆
Giữa công và nhiệt có thể biến đổi qua nhau:
JQA =
,
Joulecalo 18,41 =
- Nội năng U: Nội năng của một vật thể bao gồm động năng của các phân tử chuyển
động và thế năng tương tác do sự hút và đẩy lẫn nhau giữa các phân tử cùng với năng lượng
của hạt nhân nguyên tử và năng lượng của các điện từ.
- Do nội năng nhiều thành phần nên khó xác định chính xác U, nhưng xác định được
U∆
§2. NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC
I. Nguyên lý I nhiệt động học:
Nguyên lý I nhiệt động học áp dụng định luật bảo toàn W vào các hệ nhiệt động học.
Định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng: “Năng lượng không tự nhiên sinh ra và
không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác”

Nguyên lý I nhiệt động học được hình thành qua các công trình nghiên cứu của các
tác giả như M. V. Lomonoxob (1744), G. I. Heccer (1836), R.Majo (1842), Helmholtz
(1849), Joule (1877)… Nguyên lý I nhiệt động học được phát biểu như sau:
“Trong một quá trình nếu năng lượng ở dạng này biến đi thì năng lượng ở dạng khác sẽ xuất
hiện với lượng hoàn toàn tương đương với giá trị của năng lượng dạng ban đầu”.
“Nhiệt lượng truyền cho hệ, dùng làm tăng nội năng của hệ và biến thành công thực hiện
bởi lực của hệ đặt lên môi trường ngoài”.
“Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại I”.
Nguyên lý I nhiệt động học bao gồm hai phần:
- Phần định tính khẳng định năng lượng không mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này
sang dạng khác.
- Phần định lượng khẳng định giá trị năng lượng vẫn được bảo toàn.
Biểu thức toán học của nguyên lý I nhiệt động học: Một hệ cô lập ở trạng thái ban
đầu có nội năng U
1
, nếu cung cấp cho hệ một nhiệt lượng Q thì một phần nhiệt lượng hệ sử
3
A
1
,A
2
,… B
1
,B
2
,…
B
C
D
Q

1
Q
2
Q
3
Q
4
Q
5
Q
dụng để thực hiện công A, phần còn lại làm thay đổi trạng thái của hệ từ trạng thái ban đầu
có nội năng U
1
sang trạng thái mới có nội năng U
2
(U
2
> U
1
). Từ nhận xét trên ta có biểu
thức:
'AUQ +∆=
Trong đó
12
UUU −=∆
Công thức trên có thể viết dưới dạng:
AQU ∆+∆=∆
Đối với quá trình biến đổi vô cùng nhỏ, phương trình trên có thể viết:
'AdUQ ∂+=∂
(

AA −∂=∂ '
)
dU: Chỉ sự biến đổi nội năng, là hàm số trạng thái
Q
δ
và
A
δ
: Chỉ sự biến đổi nhiệt và công,công là hàm số của quá trình.
II. Áp dụng nguyên lý thứ I cho hệ thống sống:
a. Định luật Heccer:
Do hàm nhiệt là hàm trạng thái
→
hệ quả là định luật Heccer: “Năng lượng sinh ra
bởi quá trình hoá học phức tạp không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian mà chỉ phụ
thuộc vào các trạng thái ban đầu và cuối của hệ hoá học”.
Mô tả định luật:
21
, AA
,…: chất ban đầu
21
, BB
,…: sản phẩm cuối
54321
QQQQQQ +=++=
VD:
kcalCOOC 42,26
2
1
2

+→+
kcalOOCO 63,67
2
1
22
+→+
kcalCOOC 05,94
22
+→+
b. Hệ thống sống khác máy nhiệt:
- Hiệu suất của động cơ nhiệt:
1
21
T
TT −
=
η
Giả sử:
3
1
),27(300
00
2
==
η
CKT
4
CKT
00
1

174447 →=→
Tế bào sẽ bị phân huỷ ở
C
00
6040 −
Như vậy cơ thể sống không phải động cơ nhiệt bình thường.
c. Phương trình cân bằng nhiệt của cơ thể
MAEQ ∆+∆+∆=∆
A∆
: công cơ thể sinh ra chống lại môi trường.
E∆
: Năng lượng mất mát vào môi trường xung quanh do truyền nhiệt.
M∆
: Năng lượng dự trữ dưới dạng hoá năng của cơ thể.
Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp và nguyên tắc hoạt động của cơ thể sống: Cơ
sở của phương pháp này là dựa vào lượng khí ôxy tiêu thụ hoặc lượng khí CO
2
do cơ thể
thải ra ở động vật máu nóng, có liên quan chặt chẽ với nhiệt lượng chứa trong thức ăn. Ví
dụ, quá trình ôxy hóa glucose phản ứng diễn ra như sau:
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
= 6CO
2

+ 6H
2
O + 678 Kcal
(180 gam) (134,4l) (134,4l)
Ở điều kiện tiêu chuẩn, mỗi phân tử gam chất khí đều chứa 22,4 lít. Dựa vào phương
pháp nhiệt lượng kế gián tiếp có thể xác định được sự thải nhiệt của bất kỳ động vật máu
nóng nào thông qua số lít ôxy tiêu thụ (hoặc số lít CO
2
thải ra).
Kết quả đo về cân bằng nhiệt đối với cơ thể người sau 1 ngày 1 đêm:
* Năng lượng toả ra:
1. Năng lượng toả ra xung quanh (đối lưu, bức xạ) 1374 kcal
2. Nhiệt lượng toả ra qua khí thải 43 kcal
3. Phân và nước tiểu 23 kcal
4. Nhiệt lượng bốc hơi qua hô hấp 181 kcal
5. Nhiệt lượng bốc hơi qua da 227 kcal
6. Các số hiệu chỉnh khác 31 kcal
Cộng 1879 kcal
* Thức ăn đưa vào cơ thể:
Protein (đạm) 56,8g tạo 237 kcal
Lipid (béo) 140,0g tạo 1307 kcal
Glucid (đường) 79,98g tạo 335 kcal
Cộng: 1879 kcal
Q∆
: Nhiệt lượng nhận từ ngoài vào, có 2 loại nhiệt lượng
5
a. Nhiệt lượng sơ cấp (cơ bản): xuất hiện do kết quả phân tán năng lượng
nhiệt, tất nhiên trong quá trình trao đổi vật chất vì những phản ứng hoá sinh xảy ra không
thuận nghịch. Nhiệt lượng này phát ra lập tức ngay sau khi cơ thể hấp thụ ôxy vào thức ăn.
b. Nhiệt lượng thứ cấp (tích cực): Gần 50% năng lượng xuất hiện trong quá

trình ỗy hoá thức ăn được dự trữ trong các liên kết giàu năng lượng (ATP). Khi các liên kết
này đứt, chúng giải phóng năng lượng để thực hiện công nào đấy, rồi cũng biến thành nhiệt
→
điều hoà các hoạt động của cơ thể.
+ Ở điều kiện bình thường, trong cơ thể sống sử dụng năng lượng sơ
cấp và thứ cấp bù trừ lẫn nhau (năng lượng sơ cấp tăng thì năng lượng thứ cấp giảm và
ngược lại)
Ý nghĩa thực tiễn:
- Sống phải đủ năng lượng: tính toán thức ăn để hoạt động, điều chỉnh thức ăn
(năng lượng) theo hoàn cảnh môi trường.
↑
- Hiểu rõ nguồn nhiệt lượng để duy trì nhiệt độ cơ thể (trời lạnh: giữ nhiệt; trời
nóng: thoáng, mát).
Các nguyên nhân tiêu hao năng lượng:
- Tiêu hao năng lượng do chuyển hóa cơ sở
- Tiêu hao năng lượng do vận cơ, số cơ co càng nhiều thì năng lượng tiêu hao
càng lớn
- Tiêu hao năng lượng do điều nhiệt
- Tiêu hao năng lượng do tiêu hóa: thức ăn chuyển qua protein, lipid, glucid
- Tiêu hao năng lượng do phát triển cơ thể
- Tiêu hao năng lượng do sinh sản: nuôi con tiết sữa
III. Một số quá trình biến đổi năng lượng trên cơ thể sống:
a. Năng lượng trong quá trình co cơ:
dxxFA
x
x
)(
2
1
∫

=
Bắp cơ sử dụng năng lượng hoá năng ATP (1 phần chuyển sang cơ năng, 1 phần sang
nhiệt năng)
b. Công trong hô hấp:
∫
=
2
1
x
x
PdVA
- Khi tăng thể tích thở
→
công
↑
- Khi thở sâu với tần số thích hợp
→
chi phí công
↓
c. Năng lượng ở tim:
6
A
B
- Tim hoạt động như 1 cái bơm liên tục
→
tạo áp suất đẩy máu vào mạch (chuyển
động theo 1 chiều xác định) P (công suất): 1,3 – 1,4 W
- 1 phần công của tim còn lại tạo ra độ căng của cơ (trương lực cơ)
- Định luật Laplace: màng phân chia 2 khu vực
)

11
(
21
rr
TP +=
Mặt trong: lõm; mặt ngoài: lồi
P
: áp suất trong màng;
T
: sức căng
21
,rr
: bán kính trong và ngoài.
21
12
21
.
11
rr
rr
P
rr
P
T
+
=
+
=→
Khi cơ tim bị bệnh
↑

21
,rr
thì giá trị công cơ học tạo ra
↓P
tạo ra suy tim.
§3. NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC
Theo nguyên lý I chỉ nói liên quan hệ giữa các đại lượng, cơ thể ăn để hoạt động,
sống, không cho biết chiều diễn biến của quá trình
Công
→
nhiệt, sinh ra
→
chết
I. Một vài thông số nhiệt động quan trọng:
a. Entropy S
- Thí dụ về cách phân bố phân tử của hệ
- 1 bình kín chia làm 2 phần bằng nhau A và B
bằng 1 vách ngăn. Bỏ vách ngăn các phân tử khuếch tán và số phân tử bên A thay đổi từ 0 –
6
Xác suất nhiệt động học là số trạng thái vi mô có thể thực hiện được trong một trạng
thái vĩ mô.
!!
!
BA
NN
N
W =
Định nghĩa 1:
WKS ln.
=

K (hằng số Bolzmann) =
KJ
023
/10.38,1
−
7
Trạng thái
Số phân tử ở phần Xác suất
nhiệt động
học W
Xác suất
toán học
A B
1 6 0 1 1/64
2 5 1 6 6/64
3 4 2 15 15/64
4 3 3 20 20/64
5 2 4 15 15/64
6 1 5 6 6/64
7 0 6 1 1/64
Tổng cộng 64 64/64
- Trạng thái cân bằng có W lớn nhất ( có
max
SS =
) hay gặp nhất
Định nghĩa 2:
T
Q
dS
∂

≥
. >: quá trình bất thuận nghịch
= : quá trình thuận nghịch.
Nhận xét:
-
)/(
0
KJS
- S là đại lượng có thể cộng được.
- S sai khác nhau 1 hằng số (tích phân)
- Hệ nhận nhiệt
SdSQ ,00 >→>∂
của hệ tăng.
Khi toả nhiệt
SdSQ ,00 <→<∂
của hệ giảm.
- S là 1 đại lượng đặc trưng cho mỗi độ hỗn loạn của các phân tử.
b. Năng lượng tự do F
- Đối với quá trình thuận nghịch:
TdSQ =∂
- Theo nguyên lý I:
'AdUQ ∂+=∂
;
pdVAA −=−∂=∂ '
;
AQdU ∂+∂=
Xét với quá trình đẳng nhiệt
)0( =dT
8
pdVQdU −∂=

dFdUTdSApdV −=−=∂= '
TSUF
−=
][' UTSdA −=∂
TSFU
+=
][' TSUdA −−=∂
FA
−∂=∂
'
Vậy: + Năng lượng tự do là một phần năng lượng của nội năng dùng để sinh ra
công.
Phần
TS
không sinh ra công gọi là năng lượng liên kết.
c. Entanpi H: Là hàm chứa nhiệt. Nhờ nó ta dễ dàng tính được năng lượng trong các
quá trình hoá học
PVUH
+=
;
VdPTdSdH
+=
;
VdppdVdUdH ++=
- Nếu trong quá trình đẳng áp:
ppp
QTdSdH )()()( ∂==
II. Các quá trình không thuận nghịch và thuận nghịch
Định nghĩa: “Một quá trình biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác được gọi
là thuận nghịch khi nó có thể tiến hành theo chiều ngược lại và trong quá trình ngược lại đó,

hệ trải qua các trạng thái trung gian như trong quá trình thuận”.
Quá trình không thuận nghịch là ngược lại.
Thí dụ 1 (TN): - Dao động không ma sát của con lắc toán học
- Quá trình giãn nở khí vô cùng chậm
Thí dụ 2 (không TN):
- Bình cô lập gồm 2 phần A và B, trong đó
→>
BA
nn
đẩy vách ngăn (thực
hiện công)
B
A
n
n
RTA ln=
Khi
0=→= Ann
BA
Thí dụ 3 (không TN): Hai vật có
BA
TT >
, khi tiếp xúc
↑↓
BA
TT ,
, sau đó
BA
TT =
(khi

đã cân bằng thì không quay lại được).
Trong tự nhiên, các quá trình không thuận nghịch xảy ra nhiều hơn thuận nghịch.
III. Phát biểu nguyên lý II nhiệt động học
Từ:
T
Q
dS
∂
≥
Đối với hệ cô lập:
0=∂Q
0
≥∆→
S
Cách I: “Tính trật tự của 1 hệ cô lập chỉ có thể giữ nguyên hoặc giảm dần”.
9
Cách II: “Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại II”. (Thomson)
Cách III: “Trong các hệ cô lập, chỉ những quá trình nào kéo theo (tăng) entropi mới
có thể tự diễn biến; giới hạn tự diễn biến của chúng là trạng thái có
max
S
”. (Boltzmann)
Cách IV: “Để tự nhiên, nhiệt sẽ truyền từ nóng
→
lạnh”. (Clausius)
§ 4. NGUYÊN LÝ THỨ II ÁP DỤNG VÀO HỆ THỐNG SỐNG
I. Trạng thái đặc trưng của hệ thống sống
- Khi áp dụng nguyên lý II vào hệ thống sống (đây là 1 quá trình không thuận
nghịch) thì
↑S

(độ trật tự
↓
). Nhưng thực tế, cơ thể tạo ra các tổ chức có trật tự cao. Từ
những phần tử nhỏ trật tự thấp mà cơ thể nhận được trong quá trình ăn uống và hô hấp,
những đại phân tử có trật tự cao của các polime sinh học được tạo ra (như vậy
↓S
)
- Vì nguyên lý II phát biểu cho hệ cô lập. Trong hệ cô lập các phản ứng hoá học, biến
đổi trạng thái … bị giới hạn bởi số lượng vật chất. Qua 1 quá trình biến đổi, trạng thái cân
bằng được thiết lập (không sinh ra công, các thông số ổn định,
max
SS =
…).
Trong khi đó, hệ thống sống do lượng vật chất và năng lượng đi vào đi ra nên hệ
thống sống không có trạng thái cân bằng được.
Tuy nhiên, hệ thống sống không phải được đặc trưng bằng trạng thái không cân bằng
bất kỳ mà chỉ ở trạng thái tại đó các tính chất của hệ không thay đổi. Các thông số hoá lý
như građisn, các đặc trưng động học … được bảo toàn (không thay đổi theo thời gian).
Trạng thái đó là trạng thái dừng (trạng thái đặc trưng của hệ thống sống).
So sánh
Trạng thái cân bằng hoá học
- Hệ kín, không có dòng vật chất ra vào
- Năng lượng tự do
0=F
(không có khả
năng sinh công)
- Tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản
ứng nghịch
)(
21

constvv ==
- Tốc độ phản ứng phụ thuộc nồng độ ban
đầu chất tham gia
- Chất xúc tác không làm thay đổi tỉ lệ
chất phản ứng.
Trạng thái dừng
- Hệ mở, có dòng vật chất vào hệ và thải
ra các sản phẩm
-
0≠= constF
, vẫn có khả năng sinh ra
công
- Tốc độ phản ứng thuận > tốc độ phản
ứng nghịch (do vật chất đưa vào và thải
ra)
)(
21
vv >
- Tốc độ phản ứng không phụ thuộc nồng
độ ban đầu, nhưng đáng kể là các nồng độ
dừng liên tục được giữ nguyên do dòng
vật chất mới.
Chất xúc tác làm thay đổi nồng độ dừng
Mô hình mô tả 2 quá trình:
10
K
v
2
v
1

S
trẻ
trưởng thành
Đau ốm
chết
t
- Nếu hệ kín (nếu chất lỏng không đi vào bình từ bên ngoài
và chảy ra) thì toàn bộ chất lỏng sẽ chuyển từ bình cao chuyển sang
bình thấp hơn với tốc độ được xác định bằng độ mở của khoá. Và
sau 1 khoảng thời gian nào đấy sự cân bằng được thiết lập.
- Nếu hệ mở thì bình trên và dưới sẽ có mức chất lỏng xác
định không ứng với cân bằng.
- Khi thay đổi nồng độ xúc tác (khoá 2)
→
tạo nên những
trạng thái dừng mới .
(khoá K
2
cho mô hình tốc độ phản ứng hoá học)
II. Biến đổi S trong hệ thống sống
ie
dSdSdS +=
+
e
dS
: biến đổi S do tương tác với môi trường
ngoài.
+
i
dS

: biến đổi S bên trong cơ thể. Hệ thống sống
thực hiện quá trình không thuận nghịch nên
0>
i
dS
+
e
dS
: có thể nhận những giá trị bất kỳ:
0
>
;
0
<
;
0=
với cơ thể sống, do quá trình tương tác với môi
trường xung quanh (sử dụng thức ăn cao phân tử tách ra
khỏi cơ thể các sản phẩm thoái hoá, truyền nhiệt …)
→
tạo thành dòng S âm đi vào cơ thể.
- Khi
0=
e
dS
(hệ cô lập): thì
0>=
i
dSdS

- Khi
00 >>→> dSdS
e
- Khi
0<
e
dS
thì :
0
0
<→>
>→<
dSdSdS
dSdSdS
ie
ie
. Do tương tác với môi trường xung quanh
↓→ S
, tính
trật tự ngày càng tăng (giai đoạn phát triển)
- Khi
ie
dSdS =
, điều đó ứng với trạng thái dừng.
Ta có thể viết sự biến đổi S theo thời gian.
dt
dS
dt
dS
dt

dS
ie
+=
(công thức Prigorine)
Ở trạng thái dừng:
0=+=
dt
dS
dt
dS
dt
dS
ie
Hay:
0≠−=
dt
dS
dt
dS
ei
11
→
Để duy trì sự tồn tại, hệ thống sống phải trao đổi vật chất và năng lượng với môi
trường xung quanh.
Kết luận: Hệ thống sống cũng phải tuân theo nguyên lý tăng S (chết)
Để chống lại sự tăng của S phải có chế độ ăn uống, luyện tập, thể thao… phù hợp để
cơ thể khoẻ mạnh (giảm S)
* Một số phương pháp nhiệt trị bệnh:
- (Nga): Chẩn đoán bệnh bằng nhiệt độ, sống ở môi trường nhiệt độ thấp
→

tăng tuổi
thọ
- (Nhật Bản): xoa bóp và ngâm nước nóng bàn chân để trị liệu
- (Pháp): viên thuốc dạng nhộng (cảm biến nhiệt) khi vào cơ thể thông báo sự thay
đổi nhiệt độ trong nội tạng
- (Mỹ): phương pháp đông lạnh trong ni tơ lỏng (-196
0
C). Dùng robot kích thước
nano để hồi phục lại cơ thể trước khi rã đông để hồi phục các chức năng sinh lý
- Đo thân nhiệt để xác định bệnh Sars
- Ở BVĐHYD Huế dùng đốt nhiệt bằng sóng cao tần, tiêu diệt các khối u xơ trong
gan
- Đốt nhiệt bằng laser, vật lý trị liệu, điểm huyệt, truyền nhiệt, tắm nước nóng…
12
i
1
i
1
’
i
2
CHƯƠNG II
ÁNH SÁNG VÀ CƠ THỂ SỐNG
§1. QUANG HÌNH HỌC
I. Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng
“Trong một môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo
đường thẳng”
- Khi ánh sáng qua lỗ hẹp, hoặc gặp những vật có kích thước nhỏ thì định luật trên
không còn đúng nữa.
- Tia sáng, chùm sáng, hội tụ, phân kỳ, song song.

“Tác dụng của các chùm tia sáng khác nhau thì độc lập với nhau”. Có nghĩa là tác
dụng của chùm tia sáng này không phụ thuộc vào sự có mặt của các chùm tia sáng khác.
II. Định luật phản xạ ánh sáng
Nếu tia sáng truyền từ môi trường quang học này sang môi trường
quang học khác thì tại phân giới của 2 môi trường:
+ Tia tới và tia phản xạ cùng nằm trong mặt phẳng tới (ở bên kia
pháp tuyến)
+ Góc phản xạ = góc tới
'
11
ii =
+ Tia tới và tia phản xạ có tính thuận nghịch
III. Định luật khúc xạ ánh sáng
Nếu 1 tia sáng tới mặt phân giới của 2 môi trường đẳng hướng mà truyền sang môi
trường thứ II:
+ Tia tới và tia khúc xạ cùng nằm trong mặt phẳng tới.
+ Tỷ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là 1 đại lượng không đổi đối với 2 môi
trường quang học cho trước:
2
1
21
1
2
2
1
sin
sin
v
v
n

n
n
i
i
===
2211
sinsin inin =→
IV. Các dụng cụ quang học
+ Gương phẳng
+ Gương cầu lồi, lõm
+ Lăng kính
→
dùng để tán sắc
+ Thấu kính hội tụ, phân kỳ…
+ Dùng trong các loại kính hiển vi
+ Tia laser
13
§2. BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG
I. Ánh sáng là sóng điện từ
]cos[
0
ϕω
+= tEE
]cos[
0
ϕω
+= tHH
Phương trình truyền sóng
])
v

(cos[
0
ϕω
+−=
l
tEE
]
2
2cos[
0
ϕ
λ
π
π
+−=
l
vtEE
Ở đây:
E
là véc tơ sáng;
ω
(tần số góc)
v
πω
2
=
(
v
: tần số),
T

(chu kỳ)
v
1
=
Tv=
λ
(bước sóng)
λ
: là quãng đường sóng ánh sáng truyền đi sau mỗi chu kỳ
0463
1010101 Ammmm ===
−−
µ
nmmA
1100
10101
−−
==
+ Ánh sáng là sóng ngang
)( HE ⊥
, khi đi qua 1 số môi trường dị hướng (các dung
dịch Glucô,…) ánh sáng sẽ bị phân cực.
2212
0
/10.86,8 Nmc
−
=
ε
00
1

µε
=c
mH /10.4
7
0
−
=
πµ
II. Những điểm cơ bản của thuyết lượng tử ánh sáng (Einstein)
- Năng lượng ánh sáng không nhận các giá trị liên tục mà nhận các giá trị gián đoạn
xác định.
- Phần gián đoạn nhỏ nhất của năng lượng ánh sáng là fôtôn:
hv=
ε
(h: hằng số Planck
sJ /10.62,6
34−
=
)
- Vận tốc ánh sáng là cực đại
smc /10.3
8
=
- fôtôn không có khối lượng tĩnh, khối lượng động phụ thuộc vào vận tốc fôtôn
hvmc =
2
- Biểu thức diễn tả mối quan hệ giữa tính chất sóng và hạt:
λ
ε
c

hhvmc ===
2
mc
h
=→
λ
(hệ thức De Broglie)
III. Các mức năng lượng của e trong nguyên tử:
- Điện tử chỉ quay quanh hạt nhân trên các quỹ đạo xác định ứng với những giá trị có
thể của năng lượng nguyên tử. Khi quay trên quỹ đạo,
−
e
không bức xạ hay hấp thụ năng
lượng và nguyên tử nằm ở trạng thái dừng.
- Năng lượng phát xạ hay hấp thụ khi
−
e
chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác,
bằng hiệu số giữa 2 mức năng lượng ban đầu và cuối:
hvEE =−=
21
ε
14
E
H
x
- Số lượng chính n, nhận các giá trị nguyên, dương 1, 2, 3,… xác định năng lượng
của
−
e

ứng với quỹ đạo của nó.
- Số lượng tử phụ l có thể nhận các giá trị nguyên, dương từ 0 đến
)1( −n
(n là số
lượng tử chính), đặc trưng cho mô men cơ học quỹ đạo
- Số lượng tử từ m, đặc trưng cho mô men từ quỹ đạo của
−
e
, nhận các giá trị nguyên
từ -l, 0, +l
- Số lượng tử spin đặc trưng cho sự quay của
−
e
quanh trục riêng của nó. Spin chỉ có
thể nhận 2 giá trị
2
1
,
2
1
−+
- Trong tất cả các trạng thái có thể,
−
e
luôn chiếm trạng thái sao cho năng lượng của
nó cực tiểu
- Pauli: “không thể có 2
−
e
trong cùng 1 nguyên tử có 4 số lượng tử giống nhau”.

§3. HẤP THỤ ÁNH SÁNG VÀ PHÁT SÁNG
1 chùm fôtôn trên đường đi khi gặp môi trường vật chất, tuỳ theo năng lượng của
fôtôn và bản chất của môi trường có thể xảy ra các hiệu ứng khác nhau:
- Chùm fôtôn phản xạ (định luật phản xạ)
- Chùm fôtôn tán xạ (có thể nhận được fôtôn theo hướng bất kỳ)
- Chùm fôtôn khúc xạ (định luật khúc xạ)
- Có fôtôn xuyên qua môi trường vật chất
- Có fôtôn bị môi trường vật chất hấp thụ.
I. Sự hấp thụ ánh sáng
+ Khi hấp thụ ánh sáng,
−
e
sẽ chuyển từ quỹ đạo ứng với mức năng lượng thấp (trạng
thái cơ bản) sang quỹ đạo ngoài ứng với mức năng lượng cao hơn.
+ Màu sắc:
- Nếu lượng tử ánh sáng xuyên vào phân tử mà năng lượng không phù hợp để
chuyển mức (không bị hấp thụ)
→
trong suốt.
- Sắc tố đỏ của máu (hemoglobin) có cực đại hấp thụ màu xanh da trời còn tia
đỏ đi qua.
- Ánh sáng qua lá cây thì hấp thụ ở vùng đỏ, xanh lá cây đi qua.
x
eIxI
µ
−
=
0
)(
0

I
: ánh sáng tới
I
: cường độ tia ló
µ
: hệ số hấp thụ
x
: chiều dày
II. Cơ chế hấp thụ ánh sáng và phát
sáng
S: singlet: tạo thành cặp đối
song.
Mô men spin tổng cộng = 0
T: Triplet: tạo thành cặp song
song
Mô men spin tổng cộng +1, 0, -1
0
S
: trạng thái cơ bản
E∆
: vùng năng lượng cấm
15
x
I
0
I
1 2
3 4
5
2

5
5
*
0
S
*
1
S
*
2
S
T
0
S
1,2: hấp thụ
3: huỳnh quang
4: lân quang
5: không phát quang
Có 2 trạng thái phát quang cơ bản: huỳnh quang, lân quang
- Huỳnh quang: là sự bức xạ lượng tử ánh sáng khi chuyển từ trạng thái singlet xuống
cơ bản. Thời gian phân tử tồn tại ở trạng thái kích thích
*
S
khoảng
s
98
1010
−−
−
vì thế huỳnh

quang chỉ tồn tại trong thời gian chiếu sáng vật.
- Lân quang xảy ra do
chuyển trạng thái kích thích triplet
xuống trạng thái cơ bản.
Chu trình: trạng thái cơ bản
→
trạng thái singlet
→
trạng thái
triplet
→
trạng thái cơ bản. Vì thế
sau khi 1 thời gian mới xảy ra lân
quang (
−
−4
10
vài s).
Ehvhv
pqkt
∆+=
E
c
h
c
h
pqkt
∆+=
λλ
pqkt

λλ
<
III. Sự di chuyển năng lượng
trong hệ sinh vật
- Năng lượng có thể được đưa vào cơ thể không phải chỉ bằng thức ăn mà được đưa
vào qua sự tác dụng của lượng tử ánh sáng và bức xạ ion hoá.
- Hệ thống sống hấp thụ ánh sáng (năng lượng) ở một nơi, nhưng sử dụng năng
lượng đó (lớn hơn năng lượng của quá trình chuyển hoá nhiều lần) lại ở một nơi khác qua 1
khoảng cách lớn hơn nhiều so với kích thước của tế bào
- Phân tử A hấp thụ năng lượng nhưng phân tử B phát quang. Cắt nguồn kích thích
thì A không hấp thụ, B không phát quang.
Như vậy có sự di chuyển năng lượng trong hệ thống sống.
Có 2 cơ chế di chuyển năng lượng:
a. Thuyết cộng hưởng về sự di chuyển năng lượng:
- Phân tử bị kích thích (A) là 1 lưỡng cực dao động, ở đấy
−
e
dao động với tần số xác
định.
- Khi mức năng lượng của
−
e
của phân tử B (không bị kích thích) trùng hay nằm thấp
hơn 1 chút so với mức năng lượng của các
−
e
A thì có sự cộng hưởng của 2 phân tử: năng
lượng của phân tử bị kích thích (A) chuyền hết cho (B).
**
BABAhvBA +→+→++

+ Đặc điểm:
- Sự di chuyển năng lượng xảy ra trên một khoảng cách khá xa so với khoảng cách
nguyên tử.
- Không phát quang, không hao phí vì nhiệt, không có sự phân chia điện tích, không
có sự va chạm phân tử giữa chất cho và nhận.
- Hiệu suất ở khoảng
%100%1
−
+ Điều kiện:
16
I
A
B
λ
maxht
λ
maxpq
λ
- Phân tử cho có khả năng phát quang.
- Phổ phát quang của chất cho và phổ hấp thụ của chất nhận phải chồng lên nhau
(giao nhau càng lớn thì hiệu suất lớn)
- Các phân tử phải đủ gần. Hiệu suất di chuyển tỉ lệ nghịch với khoảng cách.
b. Thuyết exiton về di chuyển năng lượng:
- Một số chất cấu trúc đặc biệt giống tinh thể
- Các
−
e
dưới tác dụng của ánh sáng chuyển lên mức năng lượng cao hơn rồi chúng
có thể chuyển từ phân tử này qua phân tử khác mà vẫn ở mức năgn lượng ấy.
- Sự di chuyển

−
e
sẽ tạo nên nhiều lỗ trống.
- Cặp
−
e
- lỗ trống dịch chuyển như vậy là exiton
- Nếu
−
e
rơi vào “bẫy” có mức năng lượng ổn định thì 1 phần năng lượng biến thành
nhiệt, còn cặp
−
e
- lỗ trống bị phá vỡ
- Như vậy năng lượng do phân tử đầu tiên hấp thụ đã được Exiton mang đến phân tử
có bẫy. Dạng di chuyển này có thể thực hiện được khoảng cách lớn.
§4. MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ BỔ TRỢ
I. Quang hình học của mắt
- Mắt (nhãn cầu) đường kính
22 mm
- Có các bó cơ vận động để
giúp mắt định hướng
- Củng mạc (bao kín ¾ phía
sau) không cho ánh sáng đi vào
- ¼ trước là giác mạc cho ánh
sáng xuyên qua
- màng mạch (trong củng mạc)
chứa nhiều mạch máu để nuôi dưỡng
mắt, chứa sắc tố đen để bên trong như

buồng tối
- Mống mắt: màng chắn (đen)
hoặc nâu
- Lỗ hở hình tròn có đường
kính thay đổi, gọi là đồng tử (con
ngươi)
- võng mạc: chứa nhiều lớp tế bào thần kinh thị giác. Có 2 loại tế bào cảm thụ được
ánh sáng (7 triệu tế bào nón, 130 triệu tế bào que)
- Ở võng mạc có chỗ lỏm chứa nhiều tế bào nón
→
điểm vàng (nhạy sáng)
- Thuỷ tinh thể: môi trường trong suốt, co giãn được (n=1,43), độ tụ 12 – 14 điốp
- Thuỷ dịch trong suốt:
336,1=n
- Thuỷ tinh dịch (dịch kính) có chiết suất
333,1=n
- Áp suất trong mắt: 12 – 25 Tor (mmHg)
- Điểm mù (ít tế bào thần kinh thị giác).
II. Hoạt động của mắt
a. Mắt như 1 máy ảnh
17
Máy ảnh (chụp)
Đia pham (điều chỉnh ánh sáng)
Thấu kính thuỷ tinh (không thay đổi tiêu
cự)
Phim (ghi ảnh)
Môi trường là không khí (n=1)
Ảnh ngược chiều
Ảnh 2 chiều
Có buồng tối

Mắt (nhìn + thấy)
Con ngươi (co giãn)
Thuỷ tinh thể (thay đổi)
Võng mạc
Thuỷ dịch (n=1,33)
Ảnh ngược chiều
Ảnh 3 chiều
Củng mạc
18
b. Quá trình thụ cảm ánh sáng xảy ra ở mắt
Sơ đồ tổng hợp:
+ Phản ứng
sáng: khi có ánh sáng
tác dụng vào phân tử
Rôdopxin phân ly
thành opxin và retinal.
Sản phẩm đầu tiên là
Lumirôdopxin (tế bào
phát quang). Chất này
không ổn định và biến
đổi qua nhiều giai
đoạn để thành
metarôdopxin I,II.
Phản ứng quang hoá phân huỷ phân tử Rôdopxin phát sinh các xung động thần kinh
truyền lên dây thần kinh thị giác.
- 1 fôtôn ánh sáng đủ phân huỷ 1 rôdopxin
+ Phản ứng tối: phân tử Rôdopxin được phục hồi khá nhanh với phản ứng ngược. Lúc
đó đồng thời xảy ra phản ứng phục hồi các retinal mới từ các vitamin A và các este của nó từ
các tế bào sắc tố biểu mô chuyển vào tế bào que.
c. Các tật của mắt và cách sửa:

+ Mắt già, cận thị (lắp thêm thấu kính)
+ Viễn thị, loạn thị (do độ tụ không đều
→
ảnh bị nhoè - chất dẻo dán vào giác
mạc…)
+ Thay thuỷ tinh thể, thuỷ
dịch, rạch (hớt) giác mạc.
+ Mắt bình thường phân biệt
được







=
=
=

%)8('3
%)9('2
%)10('1
α
α
α
III. Các dụng cụ bổ trợ
a. Nguyên tắc kính hiển vi trường sáng
Ảnh
11

BA
trung gian
Ảnh cuối cùng:
'' BA
: ngược chiều, ảnh ảo, lớn hơn rất nhiều lần.
30002. ÷==
Tv
KKK
Năng suất phân ly:
λ
θ
61,0
sin.n
P =
;
l
P
1
=
(
l
: khoảng cách giữa 2 điểm mà mắt còn
phân biệt được)
B
A
A
1
B
1
A’

B’
VK
TK
Rodopxin
Các phản ứng trung
gian ngược chiều
Lumirodopxin
Metarodopxin I
Metarodopxin II
Opxin
retinal
Xung động
thần kinh
Năng lượng
hoá sinh
VK
TQ
TB
Muốn
↓l
thì
↑P

↑↑→
θ
,n
(dầu xem kính, tụ quang)
hoặc
↓
λ

b. Kính hiển vi trường tối: vì hạn chế của kính hiển vi trường sáng
→
kính hiển vi trường tối
(xem được tế bào sống, không cần nhuộm…)
- Cấu tạo như hình vẽ bên
c. Kính hiển vi tử ngoại và huỳnh quang
- Tia tử ngoại có bước sóng ngắn (tia tử ngoại:
m
µλ
4,0=
) nên
↑P
.
- Soi tử ngoại vào tiêu bản
- Các thấu kính bằng thạch anh (
2
SiO
-quartz) để tránh hấp thụ tia tử ngoại
- Không quan sát bằng mắt thường (chiếu, chụp hiển vi…)
- Tăng độ tương phản (vì protein, axit nucleic hấp thụ mạnh tia tử ngoại)
- Kính hiển vi huỳnh quang: - 1 số chất khi chiếu tia tử ngoại sẽ phát ra ánh sáng. Các
tế bào phải nhuộm để phát quang.
d. Kính hiển vi điện tử:
Dùng tia
−
e
có bước sóng ngắn.
Từ
mv
h

=
λ
, mà điện trường mạnh
2
2
1
mveU =
eUm
h
2
=→
λ
; với
kVU 60=

0
05,05 Apm ==→
λ
Phân giải khoảng cách
pm32 −
(kích thước nguyên tử)
e. Kính hiển vi đường hầm (scanning Tunneling Microscope STM)
- Các mũi kim ( gốm PZT) quét lên nguyên tử bề mặt mẫu.
§5. TÁC DỤNG CỦA ÁNH SÁNG LÊN CƠ THỂ SỐNG
I. Phản ứng quang sinh
a. Định nghĩa: phản ứng quang sinh là quá trình xuất hiện trong hệ sinh vật khi có sự hấp thụ
lượng tử ánh sáng
→
các phản ứng hoá học và hoá sinh
→

diễn biến sinh lý, phá huỷ.
b. Phân loại các phản ứng quang sinh
II. Các phản ứng sinh lý chức năng
Định nghĩa: “các phản ứng sinh lý chức năng là những phản ứng xảy ra với sự tham
gia của lượng tử ánh sáng, kết quả là tạo ra những sản phẩm cần thiết cho tế bào hay cơ thể
để thực hiện những chức năng sinh lý bình thường của chúng”
a. Phản ứng tạo năng lượng
* Quang hợp là 1 hiệu ứng gây ra do ánh sáng trong đó có sự khử
2
CO
, tạo
2
O
và
hydrat carbon
* Quá trình quang hợp gồm 2 chuỗi phản ứng kế tiếp nhau: các phản ứng sáng xảy ra
nhanh, phản ứng tối xảy ra chậm hơn.
OHOOCHhOHCO
22222
)(2 ++→++
ν
2612622
6)(66 OglucoOHChOHCO +→++
ν
(Như vậy ôxy được giải phóng tách ra từ
OH
2
chứ không phải
2
CO

, vì
OCHCO
22
→
)
* Quang hợp là quá trình truyền
−
e
. Phản ứng cơ bản nhất là sự di chuyển nguyên tử
H từ phân tử
OH
2
tới phân tử
2
OC
tạo thành
OCH )(
2
* Số fôtôn tối thiểu để khử 1 phân tử
2
CO
cho tới khi tạo thành hydrat carbon là 3
fôtôn.
* Hiệu suất lượng tử của quá trình quang hợp:
4
1
8
1
÷
;

%37
)(8
)(3
==
tth
lth
ν
ν
η
* Vai trò của chất diệp lục (sắc tố chlorofil)
* Quá trình quang hợp làm tăng năng lượng tự do và giảm tương đối S.
* Quá trình quang hợp do tính dự trữ năng lượng (khử
2
CO
, giải phóng
2
O
) mà quá
trình quang hợp trở thành 1 khâu cực kỳ quan trọng của toàn bộ sự sống trên trái đất.
Các phản ứng quang sinh
Các phản ứng sinh
lý chức năng
Phản ứng phá huỷ,
biến tính
Thông
tin
(thụ
cảm
sáng)
Tạo

nguồn
năng
lượng
(quang
hợp)
Sinh
tổng
hợp
vitamin
D
Gây
tử
vong
Gây
đột
biến di
truyền
Gây
bệnh
lý
b. Sinh tổng hợp sắc tố và vitamin
+ Trong những phản ứng sinh tổng hợp dẫn đến sự tạo thành trong tế bào sắc tố và
vitamin, nếu không có lượng tử ánh sáng các chất này không tổng hợp được.
+ Trong phản ứng loại này, năng lượng ánh sáng cần thiết cung cấp năng lượng cho
phản ứng chứ không phải dự trữ năng lượng trong các sản phẩm của phản ứng như trong
quang hợp.
+ Tổng hợp vitamin D (tắm nắng, ăn tôm cua…)
→
xương cứng, sắc
+ Tổng hợp vitamin B (gan, trứng, …) bổ não và thần kinh.

+ Tổng hợp vitamin C (chanh, rau,…) tăng sức đề kháng
+ Tổng hợp vitamin A (trái cây, dầu cá,…) bổ mắt
+ Tổng hợp vitamin E (dầu thực vật, cá,…) da, trẻ, vitamin E chống oxy hoá.
c. Phản ứng thông tin:
- Ánh sáng mang thông tin về môi trường ngoài
- Thụ cảm sáng ở mắt (động vật)
- Hướng quang ở thực vật (hoa hướng dương, hoa 10 giờ, các vi khuẩn phản ứng…)
III. Các phản ứng phá huỷ, biến tính
Định nghĩa: “Các phản ứng phá huỷ, biến tính là phản ứng xảy ra với sự tham gia của
lượng tử ánh sáng. Kết quả là gây nên các tác hại ảnh hưởng đến hoạt động của tế bào”
a. Phân loại tia tử ngoại
- Tử ngoại sóng ngắn
)27,018,0( m
µ
÷
làm thay đổi cấu trúc của protein, lipit… và có
tác dụng diệt trùng (ở phòng mổ)
- Tử ngoại sóng trung
mm
µµ
32,027,0( ÷
), chống còi xương, tạo sắc tố, thúc đẩy tạo
thành biểu mô, làm tốt hơn quá trình tái sinh.
- Tử ngoại sóng dài
m
µ
45,032,0( ÷
) có tác dụng sinh vật yếu, gây phát quang 1 số
chất hữu cơ (kính hiển vi huỳnh quang)
b. Tác dụng quang động lực

Định nghĩa: “Là sự tổn thương không phục hồi một số chức năng sinh lý và cấu trúc
của đối tượng sinh vật dưới tác dụng của ánh sáng với sự có mặt của ôxy và chất hoạt hoá”.
- Chất hoạt hoá (chất màu), đóng vai trò là chất xúc tác không thể thiếu, là động lực
thúc đẩy sự tiến triển của phản ứng (là những chất có ái lực hoá học lớn với
2
O
), chúng có
cấu trúc vòng; liên kết đôi và có khả năng lân quang)
→
chất “màu”.
- Tham gia trực tiếp vào các phản ứng quang hoá thứ cấp là trạng thái triplet
Có các cơ chế sau:
Cơ chế I:
1
*
10
TShS →→+
ν
*
2
0
21
RHSRHT +→+
PORH →+
2
*
2
(cơ chất bị ôxy hoá)
Cơ chế II:
1

*
10
TShS →→+
ν
RHSRHT +→+
2021
220220
OHSOHS +→+
Cơ chế III:
1
*
10
TShS →→+
ν
;
*
2021
OSOT +→+
PORH →+
*
22
Cơ chế IV:
1
*
10
TShS →→+
ν
;
OO
021

SOT →+
PSOOSRH +→+
002
Cơ chế V:
2020
RHSRHS →+
21
*
2
*
120
RHTRHShRHS →→+
ν
PSORHT +→+
0221
* Nhận xét:
- Tác dụng quang động lực xảy ra khi có sự tham gia liên hợp của các chất màu, ôxy
với ánh sáng
- Chất màu tham gia phản ứng ở trạng thái triplet (có khả năng lân quang)
- Chất màu đóng vai trò xúc tác nên được tạo ra cuối phản ứng
- Trong tác dụng quang động lực có sự di chuyển năng lượng từ chất màu đến cơ chất
- Bằng con đường tác dụng quang động lực cơ chất bị ôxy hoá
c. Tác dụng quang động lực cụ thể (đối tượng chịu ảnh hưởng nhất)
- Tác dụng quang động lực lên protein và acid nucleic.
- Tác dụng quang động lực lên dược chất
- Tác dụng quang động lực lên hoạt động của cơ và hệ thống thần kinh
- Tác dụng quang động lực lên cơ thể sinh vật
d. Tác dụng của tia tử ngoại lên các hệ thống sống có các giai đoạn
- Giai đoạn tích cực: hấp thụ ánh sáng kích thích các phân tử acid amin (AH)
*

AHhAH →+
ν
2
*
ν
hAHAH +→
)(
12
νν
<
- Giai đoạn quang ion hoá:
*
AHhAH →+
ν
−+
+→ eAHAH
*
++
+→ HAAH
- Giai đoạn phản ứng của gốc tự do và điện tử solvat
*
2
*
AOOOA →+
Các gốc tự do tương tác với các nhóm protein bên cạnh. Kết quả tạo nên
3
NH
và gốc
của acid amin khác, đó là sự tăng độ nhạy
**

32
-
S
RNHRNHHe +↑→−++
+
Giá trị đặc biệt của tia tử ngoại là ở quá trình tạo vitamin D. Vitamin D là một trong
những chất hữu cơ rất quan trọng đối với cơ thể. Sự hạn chế tổng hợp vitamin D sẽ dẫn đến
phá huỷ trao đổi phospho, canxi
Do vậy chiếu tia tử ngoại còn được ứng dụng trong điều trị bệnh còi xương, làm vết
thương chóng lên sẹo, xương gãy chóng liền.
- Giai đoạn phản ứng hoá học phá huỷ acid amin: các gốc oxyd của các acide tham
gia hàng loạt phản ứng tạo nên những sản phẩm có tác dụng độc. Các phản ứng được tăng
nhạy với các nhóm lân cận của các phân tử protid gây nên sự thay đổi cấu hình của các đại
phân tử protid và làm mất hoạt tính men
Tia tử ngoại có liều lượng có tác dụng diệt khuẩn cao do khống chế khả năng sinh sản
của vi khuẩn
→
tổn thương ADN.
§6. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ
I. Quang phổ
a. Sự tán sắc:
+
)(v
λ
f=
, mà ánh ságn trắng có bước
sóng khác nhau
)76,04,0( mm
µµ
÷

+
v
c
n =
+
2211
sinsin inin =
+ Khi ánh sáng trắng đi qua 1 lăng kính
→
trên màn sẽ thu được hệ thống các vạch màu
đỏ, da cam, lục, lam, chàm, tím gọi là phổ của
ánh sáng.
b. Các loại phổ:
+ Vật rắn, lỏng và chất khí bị nung nóng ở áp suất cao đều phát ra ánh sáng
→
qua hệ
thống phân tích
→
có màu sắc phổ liên tục từ màu này qua màu khác
→
gọi là phổ liên tục.
+ Các nguyên tử của khí kém khi đốt nóng đều phát ra vạch sáng. Mỗi nguyên tử có
vạch đặc trưng của nó (Na:
m
µλ
59,0=
- vàng); (ôxy:
m
µλ
62,0=

- đỏ)…. gọi là quang phổ
vạch.
- Quang phổ của phân tử gồm 1 số lớn các vạch riêng lẻ chồng lên nhau tạo thành
những đám màu. Gọi là quang phổ đám.
- Nếu ánh sáng trắng từ 1 nguồn cho quang phổ liên tục truyền qua các hơi của chất
cần nghiên cứu thì trên nền của quang phổ liên tục ta quan sát thấy các vạch tối (vạch
Fraunhofer) ở đúng những chỗ trước đó có các vạch bức xạ do hơi của chất nghiên cứu phát
ra.
Định luật: “Các nguyên tử hấp thụ đúng những bước sóng mà chúng đã phát ra”
II. Các định luật hấp thụ ánh sáng:
a. Định luật Bouguer
x
eII
µ
−
=
0
),,(
λρµ
zf=
là hệ số hấp thụ của môi trường,
z
là nguyên
tử số của chất tạo ra môi trường,
ρ
: mật độ môi trường,
λ
: là
bước sóng ánh sáng
0

I
: cường độ ánh sáng (đơn sắc) trước khi vào môi trường
I
: cường độ ánh sáng sau khi đi qua môi trường
x
: bề dày của môi trường
Ngoài ra, thường viết dưới dạng:
kx
II
−
= 10.
0
Trong đó k là hệ số tắt:
µ
43,0=k
Nếu:
x
k
I
I
kx
1
10
10
1
1
0
=→==
−
(hệ số tắt có giá trị bằng nghịch đảo bề dày mà với

cường độ sáng bị yếu đi 10 lần)
b. Định luật Bouguer – Lambert – Bear
- Trong trường hợp môi trường hấp thụ ánh sáng là loãng:
CK .
ε
=
(C là nồng độ,
ε
là hệ số tắt của dung dịch)
CK .
ε
=
Cx
II
ε
−
=→ 10.
0
Đ
T
x
I
0
I
- Hệ số truyền qua:
0
I
I
T =
- Mật độ quang học:

DCx
TI
I
D
Cx
=====
ε
ε
10lg
1
lglg
0
.
Đối với hệ dị thể như hệ sinh vật, mật độ quang học của hệ bằng tổng mật độ quang
học của từng thành phần riêng rẽ theo công thức sau
D = D
1
+ D
2
+ D
3
+ … + D
n
.
III. Phân tích định tính và định lượng
a. Định tính:
- Mỗi chất được đặc trưng bởi các sóng hấp thụ
)(
max
λ

khác nhau
- Khi phân tử hấp thụ lượng tử ánh sáng, điện tử có thể chuyển lên những mức năng
lượng kích thích khác nhau
- Xác suất chuyển
−
e
tới phân mức dao động xác định nào đó, tuân theo nguyên tắc
Pauli và hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc phân tử.
- Bước sóng
max
λ
để
−
e
chuyển từ mức năng lượng
n
E
lên mức năng lượng kích thích
m
E
max
maxm
E
λ
c
hEE
n
=∆=−
- Dựa vào vị trí cực đại của phổ hấp thụ có thể xác định 1 chất là chất gì hay hỗn hợp
chất gồm những đơn chất gì

- Vẽ phổ hấp thụ của chất cần xác
định rồi so sánh phổ của chất chuẩn
b. Định lượng:
+ Xác định nồng độ của dung dịch
loãng
+ Dựa vào Bouguer – Lambert – Bear
+ Dựa vào phổ hấp thụ
+
ε
ε
x
D
CxCD
A
AAA
=→=
+ Nếu dung dịch là hỗn hợp nhiều
chất
+ Đo mật độ quang học tại các vị trí
max
λ
đặc trưng cho mỗi chất
VD: 2 chất A và B với nồng độ
BA
CC ,
, các cực đại hấp thụ tại
21
,
λλ




+=
+=
BBAA
BBAA
CCD
CCD
''
2
1
εε
εε
''
,,,
BBAA
εεεε
là các hệ số tắt của dung
dịch các chất A, B tại các bước sóng
21
,
λλ
tương ứng
Giải hệ phương trình bậc nhất 2 ẩn:
BABA
BB
A
DD
C
εεεε

εε
''
2
'
1
−
−
=
D
)(
max
TN
λ
)(
max
KK
λ
λ
A
B
AB
1
λ
2
λ
λ
D