染料のUV-Vis分光法

光が物質に到達すると、一部はそれに吸収され、残りはそれを介して反射または透過されます。私たちが知覚する物質の色は、それが反射する可能性が最も高い波長によって異なります。たとえば、私たちが青く見える生地には、青色光を強く反射し、オレンジ色と赤色の光を強く吸収する染料が含まれています。

染料は通常、共役化合物であり、二重結合と単結合が交互に存在します。電子は共役系内を自由に移動できます。異なる色の染料は、吸収する光の波長が異なる必要があります。いくつかの例を見ると、吸収される波長は共役の量とともに増加することがわかります。

では、波長は共役の程度とどのように関連しているのでしょうか。分子エネルギーレベルを考えてみましょう。非局在化電子は、分子軌道(MO)を占めると考えることができます。分子は、電子をより高いエネルギーの分子軌道に励起するために必要な正確なエネルギーで光を吸収します。最も可能性の高い遷移は、HOMOと呼ばれる最も高い占有分子軌道から、最も低い非占有分子軌道(LUMO)への遷移です。したがって、最も吸収される波長はHOMO-LUMOのエネルギーギャップと一致すると予想されます。

コンジュゲーションがほとんどまたはまったくない分子は、通常、HOMO - LUMOギャップが大きくなります。紫外線を吸収し、すべての可視光線を反射するため、白色または無色に見えます。共役結合は、特に高エネルギーで分子のエネルギーレベルを下げることにより、分子を安定化させます。コンジュゲーションの度合いが高いほど、HOMO-LUMOギャップは小さくなり、吸収波長が大きくなります。金属と置換もギャップに影響します。

例を見てみましょう。レチノールは小さな共役系を持ち、クロロフィルaは窒素とマグネシウムを含む大きな系を持っています。レチノールは325 nmで吸収され、クロロフィルAは430 nmと662 nmの両方で吸収されます。予想通り、レチノールのエネルギーギャップは大きくなります。

紫外線や可視光線、またはUV-Vis分光光度計を使用して吸収を調べることができます。分光光度計は、光源、サンプルが受け取る波長を制御する方法、および光検出器で構成されています。通常、サンプルは透明な溶液です。吸光度は、特定の波長で測定することも、化合物が複数の波長で吸収することが多いため、波長範囲で測定することもできます。さらに、分子の向きや振動状態が異なるため、各遷移にはさまざまな波長が見られます。

測定中、光は吸収されるか、分子に接触せずに通過するか、溶媒または化合物分子に跳ね返ります。逆方向に跳ね返る少量の光は無視します。分子に吸収される可能性のある光が、代わりに分子に跳ね返ることがあります。物質が特定の波長を独自のモル減衰係数でどれだけうまく透過するかを説明します。吸光度は濃度によって変化