อินฟราเรดและยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรสโกปี

อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีระบุหมู่ฟังก์ชันผ่านการดูดกลืนแบบสั่นสะเทือน ในขณะที่ยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรสโกปีตรวจสอบระบบคอนจูเกตและระบบอิเล็กตรอน ซึ่งรวมกันแล้วให้ข้อมูลอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับฟังก์ชันการทำงานของโมเลกุลอินทรีย์

Definition

อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีวัดการดูดกลืนที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของพันธะโมเลกุล และยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรสโกปีวัดการดูดกลืนจากการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอน ทั้งสองวิธีเชื่อมโยงลักษณะทางสเปกตรัมเข้ากับหมู่ฟังก์ชันและการคอนจูเกต

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมพื้นฐานของการดูดกลืนแบบสั่นสะเทือน (อินฟราเรด) และความถี่เฉพาะของหมู่ฟังก์ชัน, บริเวณลายนิ้วมือ (fingerprint region), การเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอนในยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรสโกปี, ผลของการคอนจูเกตต่อความยาวคลื่นการดูดกลืน, และโครโมฟอร์

Core questions

• การดูดกลืนอินฟราเรดระบุหมู่ฟังก์ชัน เช่น คาร์บอนิลและไฮดรอกซิลได้อย่างไร?
• เหตุใดการคอนจูเกตที่ขยายออกไปจึงทำให้การดูดกลืนยูวี-วิสิเบิลเลื่อนไปที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น?
• เทคนิคทั้งสองนี้ให้ข้อมูลเสริมใดบ้างเกี่ยวกับโมเลกุล?

Key theories

ความถี่ของหมู่ฟังก์ชันแบบสั่นสะเทือน (อินฟราเรด)

พันธะแต่ละชนิดดูดกลืนรังสีอินฟราเรดที่ความถี่เฉพาะซึ่งกำหนดโดยความแข็งแรงของพันธะและมวลอะตอม ดังนั้นสเปกตรัมจึงเผยให้เห็นว่ามีหมู่ฟังก์ชันใดบ้าง

การเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอนและการคอนจูเกต

การดูดกลืนยูวี-วิสิเบิลเกิดจากการส่งเสริมอิเล็กตรอนระหว่างออร์บิทัลของโมเลกุล; การเพิ่มขึ้นของการคอนจูเกตจะลดพลังงานการเปลี่ยนผ่านและเลื่อนการดูดกลืนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น

Mechanisms

โฟตอนอินฟราเรดกระตุ้นโหมดการสั่นสะเทือนของพันธะที่เปลี่ยนแปลงโมเมนต์ขั้วคู่; แถบการดูดกลืนที่เกิดขึ้น โดยเฉพาะในบริเวณวินิจฉัยที่อยู่เหนือบริเวณลายนิ้วมือ จะบ่งชี้หมู่ฟังก์ชัน โฟตอนยูวี-วิสิเบิลส่งเสริมอิเล็กตรอนจากออร์บิทัลแบบสร้างพันธะหรือแบบไม่สร้างพันธะไปยังออร์บิทัลแบบต้านพันธะ โดยมีช่องว่างพลังงาน — และด้วยเหตุนี้ความยาวคลื่นของการดูดกลืนสูงสุด — ลดลงเมื่อโครโมฟอร์แบบคอนจูเกตขยายออกไป

Clinical relevance

อินฟราเรดและยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรสโกปีเป็นวิธีการประจำในการระบุและหาปริมาณสารยา และสำหรับการตรวจสอบความบริสุทธิ์; การดูดกลืนยูวี-วิสิเบิลเป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงปริมาณหลายอย่างในห้องปฏิบัติการทางคลินิกและเภสัชกรรม

History

การจัดทำรายการการดูดกลืนอินฟราเรดของ Coblentz ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้สร้างความเชื่อมโยงระหว่างแถบการสั่นสะเทือนกับโครงสร้างทางเคมี และการพัฒนาเครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์เชิงพาณิชย์ทำให้อินฟราเรดและยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรสโกปีกลายเป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์สารอินทรีย์ตามปกติ

Key figures

• William Coblentz
• Arthur Adamson

Seminal works

• pavia2015
• silverstein2014

Frequently asked questions

บริเวณลายนิ้วมือ (fingerprint region) ของสเปกตรัม IR คืออะไร?

บริเวณลายนิ้วมือคือส่วนความถี่ต่ำของสเปกตรัมอินฟราเรดที่ปรากฏรูปแบบการสั่นสะเทือนที่ซับซ้อนและเฉพาะเจาะจงของโมเลกุล; แม้ว่าจะยากที่จะระบุแถบทีละแถบ แต่ก็มีลักษณะเฉพาะสูงและมีประโยชน์ในการยืนยันว่าตัวอย่างสองตัวอย่างเป็นสารประกอบเดียวกัน

เหตุใดสารประกอบที่มีสีจึงดูดกลืนแสงที่มองเห็นได้?

สารประกอบจะปรากฏเป็นสีเมื่อระบบอิเล็กตรอนแบบคอนจูเกตมีช่องว่างพลังงานที่เล็กพอที่จะดูดกลืนแสงในช่วงที่มองเห็นได้; ความยาวคลื่นเสริมที่ส่งผ่านหรือสะท้อนออกมาทำให้เกิดสีนั้น