文档介绍：第八章现代物理方法的应用
第一节电磁波的一般概念
一、光的频率与波长
光是电磁波,有波长和频率两个特征。电磁波包括了一个极广阔的
区域,从波长只有千万分之一纳米的宇宙线到波长用米,甚至千米计
的无线电波都包括再内,每种波长的光的频率不一样,但光速都一样
即3×1010cm/s。
波长与频率的关系为: υ= c /λ
υ=频率,单位:赫(HZ);
λ=波长,单位:厘米(cm),表示波长的单位很多。
如:1nm=10-7cm=10-3μm λ=300nm的光,它的频率为(1HZ=1S-1)
频率的另一种表示方法是用波数,即在1cm长度内波的数目。如波长
为300nm的光的波数为1/300×10-7=33333/cm-1。
二、光的能量及分子吸收光谱
每一种波长的电磁辐射时都伴随着能量。
E=hυ=hc/λ h-普郎克常数(×10-)
分子吸收幅射,就获得能量,分子获得能量后,可以增加原子
的转动或振动,或激发电子到较高的能级。但它们是量子化的,
因此只有光子的能量恰等于两个能级之间的能量差时(即ΔE)
才能被吸收。所以对于某一分子来说,只能吸收某一特定频率的
辐射,从而引起分子转动或振动能级的变化,或使电子激发到较
高的能级,产生特征的分子光谱。
分子吸收光谱可分为三类:
(1)转动光谱
分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的跃迁,转动能级
之间的能量差很小,位于远红外及微波区内,在有机化学中用处
不大。
(2)振动光谱
分子所吸收的光能引起震动能级的跃迁,吸收波长大多位于
~16μm内(中红外区内),因此称为红外光谱。
(3)电子光谱
分子所吸收的光能使电子激发到较高能级(电子能级的跃迁)
吸收波长在100—400nm,为紫外光谱。
第二节紫外和可见吸收光谱
一、紫外光谱及其产生
物质分子吸收一定波长的紫外光时,电子发生跃迁所产生的
吸收光谱称为紫外光谱。
一般的紫外光谱仪是用来研究近紫外区吸收的。σπλ*
与电子吸收光谱(紫外光谱)有关的电子跃迁,在有机化合物中
有三种类型,即σ电子、π电子和未成键的n电子。
电子跃迁类型、吸收能量波长范围、与有机物关系如下:
可以看出,电子跃迁前后两个能级的能量差值ΔE越大,跃迁所
需要的能量也越大,吸收光波的波长就越短。
二、朗勃特—比尔定律和紫外光谱图
-Beer定律
当我们把一束单色光(I0)照射溶液时,一部分光(I)通过
溶液,而另一部分光被溶液吸收了。这种吸收是与溶液中物质
的浓度和液层的厚度成正比,这就是朗勃特—比尔定律。用数
学式表式为:
:吸光度(吸收度);
c:溶液的摩尔浓度(mol/L)
L:液层的厚度;
E:吸收系数(消光系数)
若化合物的相对分子量已知,则用摩尔消光系数ε=E×M来
表示吸收强度,上式可写成。
应用紫外光谱仪,使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液,
分别测得消光系数E或ε。
以摩尔消光系数ε或Iogε为纵坐标。以波长(单位nm)为
横坐标作图得紫外光谱吸收曲线,即紫外光谱图。如下图:
在紫外光谱图中常常见到有R、K、B、E等字样,这是表示不同
的吸收带,分别称为R吸收带,K吸收带,B吸收带和E吸收带。
R吸收带为跃迁引起的吸收带,其特点是吸收强度弱。
εmax < 100,吸收峰波长一般在270nm以上。
K吸收带为跃迁引起的吸收带,其特点为吸收峰很强,
εmax > 10000。共轭双键增加,λmax向长波方向移动,εmax
也随之增加。
B吸收带为苯的跃迁引起的特征吸收带,为一宽峰,其
波长在230~270nm之间,中心再254nm,ε约为204左右。
E吸收带为把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键跃迁引起的吸
收带。