Инфракрасная и УФ-видимая спектроскопия

Инфракрасная спектроскопия идентифицирует функциональные группы по их колебательным поглощениям, в то время как ультрафиолетовая и видимая спектроскопия исследует сопряженные и электронные системы, что в совокупности позволяет быстро определить функциональность органической молекулы.

Definition

Инфракрасная спектроскопия измеряет поглощение, возникающее в результате колебаний молекулярных связей, а УФ-видимая спектроскопия измеряет поглощение от электронных переходов; обе связывают спектральные особенности с функциональными группами и сопряжением.

Scope

Эта тема охватывает основы колебательного (инфракрасного) поглощения и характеристических групповых частот, область отпечатков пальцев, электронные переходы в УФ-видимой спектроскопии, влияние сопряжения на длину волны поглощения и хромофоры.

Core questions

• Как инфракрасные поглощения идентифицируют функциональные группы, такие как карбонилы и гидроксилы?
• Почему расширенное сопряжение сдвигает УФ-видимое поглощение к более длинным волнам?
• Какую дополнительную информацию дают эти две методики о молекуле?

Key theories

Колебательные (инфракрасные) групповые частоты

Каждый тип связи поглощает инфракрасное излучение на характерной частоте, определяемой прочностью связи и атомными массами, поэтому спектр показывает, какие функциональные группы присутствуют.

Электронные переходы и сопряжение

УФ-видимое поглощение возникает в результате перехода электронов между молекулярными орбиталями; увеличение сопряжения снижает энергию перехода и сдвигает поглощение в сторону более длинных волн.

Mechanisms

Инфракрасные фотоны возбуждают колебательные моды связей, которые изменяют дипольный момент; результирующие полосы поглощения, особенно в диагностической области выше области отпечатков пальцев, точно определяют функциональные группы. УФ-видимые фотоны переводят электроны из связывающих или несвязывающих на антисвязывающие орбитали, при этом энергетический зазор — и, следовательно, длина волны максимального поглощения — уменьшается по мере расширения сопряженного хромофора.

Clinical relevance

Инфракрасная и УФ-видимая спектроскопия являются рутинными методами для идентификации и количественного определения лекарственных веществ, а также для контроля чистоты; УФ-видимое поглощение лежит в основе многих количественных анализов в клинических и фармацевтических лабораториях.

History

Каталог инфракрасных поглощений Кобленца начала XX века установил связь между колебательными полосами и химической структурой, а развитие коммерческих спектрометров сделало инфракрасную и УФ-видимую спектроскопию стандартными инструментами для рутинного органического анализа.

Key figures

• William Coblentz
• Arthur Adamson

Seminal works

• pavia2015
• silverstein2014

Frequently asked questions

Что такое область отпечатков пальцев в ИК-спектре?

Область отпечатков пальцев — это низкочастотная часть инфракрасного спектра, где появляются сложные, специфичные для молекулы картины колебаний; хотя ее трудно интерпретировать полоса за полосой, она очень характерна и полезна для подтверждения того, что два образца являются одним и тем же соединением.

Почему окрашенное соединение поглощает видимый свет?

Соединение кажется окрашенным, когда его сопряженная электронная система имеет достаточно малый энергетический зазор для поглощения света в видимом диапазоне; пропущенные или отраженные комплементарные длины волн придают ему цвет.