Phổ học hồng ngoại và tử ngoại-khả kiến

Phổ học hồng ngoại xác định các nhóm chức thông qua sự hấp thụ dao động của chúng, trong khi phổ học tử ngoại-khả kiến thăm dò các hệ liên hợp và điện tử, cùng nhau cung cấp thông tin nhanh chóng về chức năng của một phân tử hữu cơ.

Definition

Phổ học hồng ngoại đo sự hấp thụ phát sinh từ các dao động liên kết phân tử, và phổ học tử ngoại-khả kiến đo sự hấp thụ từ các chuyển đổi điện tử; cả hai đều liên hệ các đặc điểm phổ với các nhóm chức và sự liên hợp.

Scope

Chủ đề này bao gồm cơ sở của sự hấp thụ dao động (hồng ngoại) và tần số nhóm đặc trưng, vùng vân tay, các chuyển đổi điện tử trong phổ học tử ngoại-khả kiến, ảnh hưởng của sự liên hợp đến bước sóng hấp thụ, và các nhóm mang màu (chromophore).

Core questions

• Sự hấp thụ hồng ngoại xác định các nhóm chức như carbonyl và hydroxyl như thế nào?
• Tại sao sự liên hợp mở rộng lại làm dịch chuyển sự hấp thụ tử ngoại-khả kiến sang bước sóng dài hơn?
• Hai kỹ thuật này cung cấp thông tin bổ sung nào về một phân tử?

Key theories

Tần số nhóm dao động (hồng ngoại)

Mỗi loại liên kết hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở một tần số đặc trưng được xác định bởi độ bền liên kết và khối lượng nguyên tử, do đó phổ cho thấy các nhóm chức nào có mặt.

Các chuyển đổi điện tử và sự liên hợp

Sự hấp thụ tử ngoại-khả kiến phát sinh từ sự chuyển electron giữa các obitan phân tử; sự tăng liên hợp làm giảm năng lượng chuyển đổi và dịch chuyển sự hấp thụ về phía bước sóng dài hơn.

Mechanisms

Các photon hồng ngoại kích thích các chế độ dao động của các liên kết làm thay đổi mômen lưỡng cực; các dải hấp thụ thu được, đặc biệt là trong vùng chẩn đoán phía trên vùng vân tay, xác định chính xác các nhóm chức. Các photon tử ngoại-khả kiến đẩy các electron từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết, với khoảng cách năng lượng — và do đó là bước sóng hấp thụ cực đại — giảm khi một nhóm mang màu liên hợp được mở rộng.

Clinical relevance

Phổ học hồng ngoại và tử ngoại-khả kiến là các kỹ thuật thường quy để xác định và định lượng các dược chất cũng như để theo dõi độ tinh khiết; độ hấp thụ tử ngoại-khả kiến là cơ sở của nhiều xét nghiệm định lượng trong các phòng thí nghiệm lâm sàng và dược phẩm.

History

Danh mục các hấp thụ hồng ngoại của Coblentz vào đầu thế kỷ XX đã thiết lập mối liên hệ giữa các dải dao động và cấu trúc hóa học, và sự phát triển của các máy quang phổ thương mại đã biến phổ học hồng ngoại và tử ngoại-khả kiến thành các công cụ tiêu chuẩn cho phân tích hữu cơ thường quy.

Key figures

• William Coblentz
• Arthur Adamson

Seminal works

• pavia2015
• silverstein2014

Frequently asked questions

Vùng vân tay của phổ IR là gì?

Vùng vân tay là phần tần số thấp hơn của phổ hồng ngoại, nơi xuất hiện các mẫu dao động phức tạp, đặc trưng cho từng phân tử; mặc dù khó gán từng dải, nhưng nó có tính đặc trưng cao và hữu ích để xác nhận rằng hai mẫu là cùng một hợp chất.

Tại sao một hợp chất có màu lại hấp thụ ánh sáng khả kiến?

Một hợp chất xuất hiện có màu khi hệ điện tử liên hợp của nó có khoảng cách năng lượng đủ nhỏ để hấp thụ ánh sáng trong dải khả kiến; các bước sóng bổ sung được truyền qua hoặc phản xạ tạo nên màu sắc của nó.