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吸收帶
來源:互聯網

吸收帶即吸收峰在吸收光譜中的波帶位置,波長連續分布的輻射通過物質時,輻射能量被物質吸收的一部分波長范圍。當光子被電磁場吸收時,光子消失,系統因吸收光子而發生變化,包括能量、動量、角動量、磁偶極矩和電偶極矩的轉換。根據大量實驗數據的歸納及電子躍遷和分子軌道的種類,通常將紫外-可見光區的吸收帶分為四類:R吸收帶、K 吸收帶、B吸收帶和E吸收帶。

形狀

吸收帶和線的形狀多種多樣,通過分析這些形狀可以確定系統的信息和成因。常見的分析方法包括假設吸收帶或線的形狀取決于衰變機制或溫度效應,如多普勒致寬的窄羅倫茲或高斯譜線。通過分析譜密度和強度,以及譜線的寬度和形狀,可以獲得觀測系統的大量信息,例如穆斯堡爾譜。

應用

具有廣泛吸收帶的材料在顏料、染料和光學濾波器等領域有著廣泛的應用。例如,二氧化鈦氧化鋅生色團被用作紫外線的吸收劑和反射體,用于防曬產品。

分類

R吸收帶

R吸收帶是由羰基、硝基等單一生色基團中孤對電子躍遷而產生的吸收帶,其強度較弱,吸收峰在200~400nm之間。含C=O、一N=O、—二氧化氮、—N=N—基的有機化合物可產生這類譜帶。它是躍遷形成的吸收帶,由于e很小,吸收譜帶較弱,易被強吸收譜帶掩蓋,并易受溶劑極性的影響而發生偏移。

K吸收帶

K吸收帶多由含有共軛雙鍵(如丁二烯、丙烯醛)等化合物產生的一類譜帶,其強度較大,吸收峰通常在217~280nm之間。共軛烯烴、取代芳香族化合物可產生這類譜帶。它是π→π*躍遷形成的吸收帶,εmax>10000,吸收譜帶較強。

B吸收帶

B吸收帶是芳香族化合物的特征吸收帶,出現振動的精細結構的吸收。B帶的精細結構常用來識別芳香族化合物。但在極性溶劑中測定或苯環上有取代基且與苯環形成共軛時,則精細結構消失。吸收峰通常在230~270nm之間,占≈100,B吸收帶的精細結構常用來判斷芳香族化合物。但當苯環上有取代基且與苯環共軛或在極性溶劑中測定時,這些精細結構會簡單化或消失。

E吸收帶

也是芳香族化合物的特征吸收帶,有兩個吸收峰,分別位于E1帶及E2帶。E1帶的吸收約在180nm(ε大于10000);E2帶約在200nm(ε=7000),都屬強吸收。E1帶是觀察不到的。當苯環上有生色團取代而且與苯環共軛時,E2帶常和K帶合并,吸收峰向長波移動。

綜上所述,在有機化合物有機高分子化合物的紫外吸收光譜中,R、K、B、E吸收帶的分類不僅反映 出各基團的躍遷方式,而且還揭示了分子結構中各基團間的相互作用。

影響因素

吸收帶的位置并不是固定不變的,而是易受分子中結構因素和測定條件等多種因素的影響,在較寬的波長范圍內變動。其中分子結構的影響因素包括位阻效應和跨環效應,其核心是對分子中電子共軛結構的影響;測定條件的影響因素包括溶劑極性和體系的pH。

位阻效應

化合物中若有兩個生色團產生共軛效應,可使吸收帶長移。但若兩個發色團由于立體阻礙妨礙它們處于同一平面上,就會影響共軛效應,這種影響在光譜圖上可以清晰地顯示出來。各種異構現象(順反異構及幾何異構)也可使紫外吸收帶產生明顯差異,是由于延長了共軛體系的緣故,另一方面也是位阻效應的影響。如二苯乙烯,反式,反式-己二烯二酸結構的K帶比順式明顯長移,且吸收系數也有所增加。其原因就是因為順式結構有立體阻礙,苯環不能與乙烯雙鍵在同一平面上,不易產生共軛。

跨環效應

是指非共軛基團之間的相互作用。在環狀體系中,分子中非共軛的兩個生色團因為空間位置的原因,發生軌道間的相互作用,使得吸收帶長移,同時吸光強度增強,這種作用即為跨環效應。但該效應產生的光譜,并不等同于兩個發色團的共扼光譜。

如雖然雙鍵與酮基不產生共軛體系,但由于環內的立體排列,使羰基氧的孤電子對和雙鍵的π電子發生作用產生部分π→π*共軛,以致使其由n→π*躍遷產生的R帶向長波移動,出現在284nm,同時在214nm處顯示出一中等強度的吸收帶。此外,當C=O的π軌道與一個雜原子的p軌道能夠產生有效交蓋時,也出現跨環效應。

溶劑效應

溶劑除影響吸收峰位置外,還影響吸收強度和光譜形狀。化合物在溶液中的紫外吸收光譜受溶劑影響較大,所以一般應注明所用溶劑。溶劑的極性不同,會使n— π和π→π躍遷所產生的吸收峰位置向不同方向移動,溶劑極性增大,一般會使,躍 遷吸收峰向長波方向移動;而使n—π躍遷吸收峰向短波方向移動,后者的移動一般比前者移動大。例如異丙叉丙酮溶劑效應

極性較大的溶劑,使π→π*躍遷吸收峰長移,是因為激發態的極性總比基態極性大,因而激發態與極性溶劑之間相互作用所降低的能量比基態與極性溶劑之間相互作用所降低的能量大,因而躍遷能級差變小,所以產生長移。而在n→π*躍遷中,基態的極性大,非鍵電子(n電子)與極性溶劑之間能形成較強的氫鍵,使基態能量降低大于激發態與極性溶劑相互作用所降低的能量,因而躍遷能級差變大,故產生短移。

體系pH影響

體系的pH對紫外吸收光譜的影響是比較普遍的,無論是對酸性或堿性樣品都有明顯的影響。酚類和胺類化合物由于體系的pH不同,其離解情況不同,而產生不同的吸收光譜。

參考資料 >

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