红外和紫外-可见光谱

红外光谱通过其振动吸收来识别官能团，而紫外-可见光谱则探测共轭和电子系统，两者结合可以快速了解有机分子的功能性。

Definition

红外光谱测量分子键振动引起的吸收，紫外-可见光谱测量电子跃迁引起的吸收；两者都将光谱特征与官能团和共轭联系起来。

Scope

本主题涵盖振动（红外）吸收和特征基团频率、指纹区、紫外-可见光谱中的电子跃迁、共轭对吸收波长的影响以及发色团的基础知识。

Core questions

• 红外吸收如何识别羰基和羟基等官能团？
• 为什么扩展共轭会使紫外-可见吸收向更长波长移动？
• 这两种技术能为分子提供哪些互补信息？

Key theories

振动（红外）基团频率

每种键类型都以由键强度和原子质量决定的特征频率吸收红外辐射，因此光谱揭示了存在哪些官能团。

电子跃迁和共轭

紫外-可见吸收源于电子在分子轨道之间的跃迁；共轭的增加会降低跃迁能量，并使吸收向更长波长移动。

Mechanisms

红外光子激发改变偶极矩的键的振动模式；由此产生的吸收带，特别是在指纹区上方的诊断区，可以精确定位官能团。紫外-可见光子将电子从成键或非成键轨道提升到反成键轨道，随着共轭发色团的延伸，能隙（以及最大吸收波长）减小。

Clinical relevance

红外和紫外-可见光谱是鉴定和量化药物以及监测纯度的常规方法；紫外-可见吸光度是临床和制药实验室中许多定量分析的基础。

History

科布伦茨在20世纪早期编纂的红外吸收目录建立了振动带与化学结构之间的联系，而商业光谱仪的成熟使红外和紫外-可见光谱成为常规有机分析的标准工具。

Key figures

• William Coblentz
• Arthur Adamson

Seminal works

• pavia2015
• silverstein2014

Frequently asked questions

红外光谱的指纹区是什么？

指纹区是红外光谱中频率较低的部分，其中出现复杂、分子特有的振动模式；虽然难以逐个谱带地进行归属，但它具有高度特征性，可用于确认两个样品是相同的化合物。

为什么有色化合物会吸收可见光？

当化合物的共轭电子系统具有足够小的能隙以吸收可见光范围内的光时，它就会呈现颜色；透射或反射的互补波长赋予其颜色。