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光谱中的能级跃迁与吸收:仪器分析的研究

时间:2023-10-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:若对分子进行紫外-可见光连续扫描,总有一个波长的光子能量因符合跃迁能级差而被吸收,即ΔE=EL=hν,不符合这一能量关系的光子能量则不被吸收,这就是选择性吸收。图2-1异亚丙基丙酮的紫外吸收光谱分子轨道的基态和激发态还有更精细的振动能级差异,如图2-2所示。

光谱中的能级跃迁与吸收:仪器分析的研究

紫外-可见吸收光谱与分子电子能级跃迁有关。因分子轨道的基态能级E0激发态能级E1是确定的,成键电子由基态跃迁到激发态能级差ΔE也是确定的。若对分子进行紫外-可见光连续扫描,总有一个波长的光子能量因符合跃迁能级差而被吸收,即ΔE=EL=hν,不符合这一能量关系的光子能量则不被吸收,这就是选择性吸收。

例如,异亚丙基丙酮的紫外吸收光谱(图2-1)有两个吸收峰,A峰是由的π→π*跃迁引起的,B峰是由的n→π*跃迁引起的。这种以吸收波长λ为横坐标,以检测信号透光率T/%、吸光度A或吸光系数ε)为纵坐标所描绘的曲线,称为吸收曲线。

图2-1 异亚丙基丙酮的紫外吸收光谱

分子轨道的基态和激发态还有更精细的振动能级差异,如图2-2(a)所示。从图中可见,无论基态还是激发态,都有若干振动能级,基态和激发态都有一个最低振动能级(粗线)。

图2-2 产生紫外连续光谱带原理示意图(www.xing528.com)

位置①的跃迁是电子能级基态的最低振动能级与激发态最低振动能级间的跃迁,跃迁概率最大,称为最大吸收,形成峰的顶点;位置②的跃迁能量比①高,吸收波长短,形成吸收峰的左翼;位置③的跃迁能量比①低,吸收波长长,形成峰的右翼。其峰形应是如图2-2(b)所示的锯齿状。

此外,还有从基态的不同振动能级跃迁到激发态的不同振动能级,跃迁概率较小,也形成峰的左翼与右翼(与②③叠加)。

吸收光谱的锯齿精细结构只有在低温、真空状态下的气态分子才能观察到,如图2-3所示为两个化合物的锯齿状光谱。而在常温溶液体系中,因被测分子与溶剂分子之间的热运动,使振动能级间的台阶式变化被轻微抹平,从而使吸收曲线变成平滑的峰形[图2-2(c)]。

图2-3 两个化合物的紫外吸收光谱精细结构

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