[科普中国]-紫外光谱

基本原理光谱的产生

在紫外光谱中，波长单位用nm（纳米）表示。紫外光的波长范围是10～380 nm，它分为两个区段。波长在10～200 nm称为远紫外区，这种波长能够被空气中的氮、氧、二氧化碳和水所吸收，因此只能在真空中进行研究工作，故这个区域的吸收光谱称真空紫外，由于技术要求很高，目前在有机化学中用途不大。波长在200～380 nm称为近紫外区，一般的紫外光谱是指这一区域的吸收光谱。波长在400～750 nm范围的称为可见光谱。常用的分光光度计一般包括紫外及可见两部分，波长在200～800 nm(或200～1000 nm)。

分子内部的运动有转动、振动和电子运动，相应状态的能量（状态的本征值）是量子化的，因此分子具有转动能级、振动能级和电子能级。通常，分子处于低能量的基态，从外界吸收能量后，能引起分子能级的跃迁。电子能级的跃迁所需能量最大，大致在1～20 eV(电子伏特）之间。根据量子理论，相邻能级间的能量差ΔE、电磁辐射的频率ν、波长λ符合下面的关系式

ΔE=hν=h×c/λ

式中h是普朗克常量，为6.624×10⁻³⁴J·s=4.136×10⁻¹⁵ eV·s；c是光速，为2. 998×10¹⁰ cm/s。应用该公式可以计算出电子跃迁时吸收光的波长。

许多有机分子中的价电子跃迁，须吸收波长在200～1000 nm范围内的光，恰好落在紫外-可见光区域。因此，紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，也可以称它为电子光谱。1

跃迁类型有机化合物分子中主要有三种电子：形成单键的σ电子、形成双键的π电子、未成键的孤对电子，也称n电子。基态时σ电子和π电子分别处在σ成键轨道和π成键轨道上，n电子处于非键轨道上。仅从能量的角度看，处于低能态的电子吸收合适的能量后，都可以跃迁到任一个较高能级的反键轨道上。跃迁的情况如下图所示：

上图中虚线下的数字是跃迁时吸收能量的大小顺序，该顺序也可以表示为：

n→π*