Данные спектроскопии – важнейшая основа для изучения строения атомов, молекул и макроскопических тел в различных агрегатных состояниях, в частности различных минералов. На спектроскопии базируется спектральный анализ.
Спектроскопия обеспечивает получение информации об атомах, молекулах, ионах, кристаллах и может использоваться для определения структуры и состава образца. Спектроскопия – неоценимый аналитический метод, реализуемый на различных типах спектрометров (или спектрофотометров) – ЯМР, ИК, УФ, видимой и ближней ИК части спектра, флуоресцентных спектрометрах.
Спектры молекул сильно зависят от таких факторов, как температура, растворитель или агрегатное состояние вещества.
Такие эффекты часто используют в различных исследованиях веществ с целью получения полной картины (фингерпринта) исследуемого объекта.
Сравнение спектров больших и малых молекул
Следует отметить, что обычно в спектре преобладает ограниченное количество нормальных колебаний, даже если теоретически возможно их большее количество. Даже спектры больших молекул, особенно с хромофорными группами, имеющими спектры в видимом диапазоне (хромопротеиды, например), при низких температурах проявляют лишь несколько заметных колебательных полос, что может служить для их анализа.
Теория спектров относительно небольших неорганических молекул хорошо разработана, несмотря на ее сложность. Спектрофотометрический анализ широко применяется во многих научных дисциплинах.
Спектр хлорофилла
В качестве примера приведем спектральные характеристики одной из наиболее важных пигментных молекул в биологии, а именно — хлорофилла, обладающего обширной делокализованной -электронной системой.
Спектр на рисунке в целях большей наглядности представлен не совсем корректно – в нем обращены оси диаграммы (по оси у отложены длины волн, а не энергия).
Электронные переходы в спектрах
Спектр вещества представляет сложную, частично неструктурированную систему полос и плеч. Электронные переходы недостаточно разрешены, но в спектре можно выделить области электронных, колебательных и вращательных переходов. Четко проявляется разница между синглетными и триплетными состояниями, интеркомбинационная конверсия между которыми запрещена не строго. Электронный переход S1 - S0 разрешен, но время жизни S1-состояния коротко и находится в наносекундном диапазоне.
Следует отметить, что для обозначения процесса электронного перехода используются различные номенклатурные системы.
Например, в системе Мюлликена электронный переход обозначается как V - N, в системе Платта — как В - А, в системе Каша — как . Кроме того на практике широко применяется так называемая цифровая индексация, в которой с учетом мультиплетности учитываются состояния электронов в соответствии с диаграммой Яблонского (например, S1 - S0).
Переход же Т - S0 напротив запрещен и, следовательно, маловероятен, поэтому время жизни Т, в 10 000 раз больше, чем типичное возбужденное синглетное состояние. Это имеет большое значение в фотохимии, фотофизике и фотобиологии.
Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по физике по низкой цене!
Комментарии