흡수 스펙트럼은 물리적 상태들 중 어느 하나의 물질 또는 물질과 빛의 상호 작용의 생성물이다. 그러나 상호 작용에는 광범위한 파장 범위와 전자기 복사 에너지가 포함되기 때문에 정의는 단순한 가시 광선을 넘어 섭니다.
따라서 일부 고체, 액체 또는 기체는 다른 에너지 또는 파장의 광자를 흡수 할 수 있습니다. 자외선에서 가시 광선, 적외선 또는 빛으로, 마이크로파 파장으로 들어갑니다.
출처 : PublicDomainPictures를 통한 Circe Denyer
인간의 눈은 가시광 선과 물질의 상호 작용 만 인식합니다. 마찬가지로, 컬러 구성 요소 (상단 이미지)에서 프리즘 또는 매체를 통한 백색광의 회절을 고려할 수 있습니다.
빛의 광선이 물질을 통과 한 후 "포착"되어 분석되면 특정 색상 띠가 없음이 발견됩니다. 즉, 배경과 대조적으로 검은 줄무늬가 관찰됩니다. 이것은 흡수 스펙트럼이며 분석은 도구 분석 화학 및 천문학의 기본입니다.
원자 흡수
출처 : Wikimedia Commons의 Almuazi
상단 이미지는 원소 또는 원자에 대한 일반적인 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 검은 색 밴드는 흡수 된 파장을 나타내고 나머지는 방출 된 파장을 나타냅니다. 이는 반대로 원자 방출 스펙트럼이 방출 된 색상의 줄무늬가있는 검은 색 띠처럼 보일 것임을 의미합니다.
그러나이 줄무늬는 무엇입니까? 원자가 (형광이나 인광을 도입하지 않고) 흡수하거나 방출하는지 간단히 알 수 있습니까? 대답은 원자의 허용 된 전자 상태에 있습니다.
전자 전환 및 에너지
전자는 더 낮은 에너지 궤도에서 더 높은 에너지 궤도로 전환하는 동안 양전하를 띤 채로 핵에서 멀어 질 수 있습니다. 이를 위해 양자 물리학에 의해 설명 된 전자 전이를 수행하기 위해 특정 에너지의 광자를 흡수합니다.
따라서 에너지는 양자화되어 광자의 절반 또는 3/4를 흡수하지 않고 특정 주파수 값 (ν) 또는 파장 (λ)을 흡수합니다.
일단 전자가 여기되면, 더 높은 에너지의 전자 상태에서 무제한 시간 동안 머 무르지 않습니다. 그것은 광자의 형태로 에너지를 방출하고 원자는 바닥 또는 원래 상태로 돌아갑니다.
흡수 된 광자가 기록되는지 여부에 따라 흡수 스펙트럼이 얻어집니다. 방출 된 광자가 기록되면 결과는 방출 스펙트럼이됩니다.
이 현상은 원소의 기체 또는 원자화 된 시료를 가열하면 실험적으로 관찰 할 수 있습니다. 천문학에서는 이러한 스펙트럼을 비교하여 별의 구성을 알 수 있으며 심지어 지구를 기준으로 한 위치까지 알 수 있습니다.
가시 스펙트럼
처음 두 이미지에서 볼 수 있듯이 가시 스펙트럼은 보라색에서 빨간색까지의 색상과 재료가 흡수하는 정도에 관한 모든 음영 (어두운 음영)으로 구성됩니다.
적색광의 파장은 650nm 이상의 값에 해당합니다 (적외선에서 사라질 때까지). 그리고 가장 왼쪽에서 보라색과 보라색 톤은 최대 450nm의 파장 값을 포함합니다. 가시 스펙트럼은 대략 400 ~ 700nm 범위입니다.
λ가 증가하면 광자의 주파수가 감소하여 에너지가 감소합니다. 따라서 보라색 빛은 적색 빛 (긴 파장)보다 높은 에너지 (짧은 파장)를가집니다. 따라서 보라색 빛을 흡수하는 물질은 더 높은 에너지의 전자 전이를 포함합니다.
그리고 재료가 보라색을 흡수하면 어떤 색상이 반사됩니까? 그것은 녹색을 띤 황색으로 보일 것입니다. 이것은 전자가 매우 에너지적인 전환을한다는 것을 의미합니다. 재료가 낮은 에너지의 붉은 색을 흡수하면 청록색을 반사합니다.
원자가 매우 안정하면 일반적으로 에너지에서 매우 먼 전자 상태를 나타냅니다. 따라서 전자 전환을 허용하려면 더 높은 에너지의 광자를 흡수해야합니다.
출처 : Gabriel Bolívar
분자의 흡수 스펙트럼
분자는 원자를 가지고 있으며 이들은 또한 전자기 복사를 흡수합니다. 그러나 전자는 화학 결합의 일부이므로 전이가 다릅니다. 분자 궤도 이론의 위대한 업적 중 하나는 흡수 스펙트럼을 화학 구조와 연관시키는 능력입니다.
따라서 단일, 이중, 삼중, 공액 결합 및 방향족 구조는 고유 한 전자 상태를 갖습니다. 따라서 그들은 매우 특정한 광자를 흡수합니다.
분자간 상호 작용과 결합의 진동 (에너지를 흡수하는) 외에도 여러 원자를 가짐으로써 분자의 흡수 스펙트럼은 "산"의 형태를 가지는데, 이는 파장을 구성하는 밴드를 나타냅니다. 전자 전환이 발생합니다.
이러한 스펙트럼 덕분에 화합물을 특성화하고 식별 할 수 있으며 다변량 분석을 통해 정량화 할 수도 있습니다.
메틸렌 블루
출처 : Wnt, Wikimedia Commons
상단 이미지는 메틸렌 블루 표시기의 스펙트럼을 보여줍니다. 그 이름에서 분명히 알 수 있듯이 그것은 파란색입니다. 하지만 흡수 스펙트럼으로 확인할 수 있습니까?
파장 200 ~ 300nm 사이에는 밴드가 있습니다. 400 ~ 500nm 사이에는 흡수가 거의 없습니다. 즉, 보라색, 파란색 또는 녹색을 흡수하지 않습니다.
그러나 600nm 이후에는 강한 흡수 대역을 가지므로 적색광의 광자를 흡수하는 저에너지 전자 전이가 있습니다.
결과적으로 높은 몰 흡수율 값을 고려할 때 메틸렌 블루는 강렬한 파란색을 나타냅니다.
엽록소 a와 b
출처 : Serge Helfrich, Wikimedia Commons
이미지에서 볼 수 있듯이 녹색 선은 엽록소 a의 흡수 스펙트럼에 해당하고 파란색 선은 엽록소 b의 흡수 스펙트럼에 해당합니다.
먼저, 어금니 흡수율이 가장 큰 밴드를 비교해야합니다. 이 경우 왼쪽에있는 것들은 400 ~ 500nm 사이입니다. 엽록소 a는 보라색을 강하게 흡수하고 엽록소 b (파란색 선)는 파란색을 흡수합니다.
460nm 부근의 엽록소 b를 흡수하면 파란색, 노란색이 반사됩니다. 반면에 650nm 근처의 주황색 빛을 강하게 흡수하므로 파란색을 나타냅니다. 노란색과 파란색이 섞이면 결과는 무엇입니까? 녹색입니다.
마지막으로 엽록소 a는 청자색과 660nm에 가까운 적색광을 흡수합니다. 따라서 노란색으로 "부드러워 진"녹색을 나타냅니다.
참고 문헌
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