- การดูดซึมของอะตอม
- การเปลี่ยนและพลังงานอิเล็กทรอนิกส์
- สเปกตรัมที่มองเห็นได้
- สเปกตรัมการดูดซึมของโมเลกุล
- เมทิลีนบลู
- คลอโรฟิลล์ a และ b
- อ้างอิง
สเปกตรัมการดูดซึมเป็นผลิตภัณฑ์ที่ของการปฏิสัมพันธ์ของแสงด้วยวัสดุหรือสารเคมีใด ๆ ของรัฐที่อยู่ทางกายภาพ แต่คำจำกัดความนั้นนอกเหนือไปจากแสงที่มองเห็นได้ง่ายเนื่องจากปฏิสัมพันธ์รวมถึงช่วงกว้างของช่วงความยาวคลื่นและพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
ดังนั้นของแข็งของเหลวหรือก๊าซบางชนิดสามารถดูดซับโฟตอนที่มีพลังงานหรือความยาวคลื่นต่างกันได้ จากรังสีอัลตราไวโอเลตตามด้วยแสงที่มองเห็นไปจนถึงรังสีอินฟราเรดหรือแสงก้าวเข้าสู่ความยาวคลื่นไมโครเวฟ
ที่มา: Circe Denyer ผ่าน PublicDomainPictures
สายตาของมนุษย์รับรู้เฉพาะปฏิสัมพันธ์ของสสารกับแสงที่มองเห็นได้ ในทำนองเดียวกันสามารถพิจารณาการเลี้ยวเบนของแสงสีขาวผ่านปริซึมหรือตัวกลางในส่วนประกอบที่มีสีได้ (ภาพบน)
หากรังสีของแสงถูก "จับ" หลังจากที่เดินทางผ่านวัสดุและวิเคราะห์แล้วจะพบว่าไม่มีแถบสีบางแถบ นั่นคือจะสังเกตเห็นแถบสีดำตัดกับพื้นหลัง นี่คือสเปกตรัมการดูดกลืนและการวิเคราะห์เป็นพื้นฐานในเคมีวิเคราะห์เชิงเครื่องมือและดาราศาสตร์
การดูดซึมของอะตอม
ที่มา: Almuazi จาก Wikimedia Commons
ภาพบนแสดงสเปกตรัมการดูดกลืนโดยทั่วไปสำหรับธาตุหรืออะตอม สังเกตว่าแถบสีดำแสดงถึงความยาวคลื่นที่ดูดซับในขณะที่แถบอื่นเป็นแถบที่ปล่อยออกมา ซึ่งหมายความว่าในทางตรงกันข้ามสเปกตรัมการปล่อยอะตอมจะมีลักษณะเป็นแถบสีดำที่มีแถบสีที่ปล่อยออกมา
แต่ลายเหล่านี้คืออะไร? จะรู้ได้อย่างไรในระยะสั้นว่าอะตอมดูดซับหรือเปล่งออกมา (โดยไม่ต้องใช้การเรืองแสงหรือการเรืองแสง) คำตอบอยู่ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่อนุญาตของอะตอม
การเปลี่ยนและพลังงานอิเล็กทรอนิกส์
อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ออกจากนิวเคลียสโดยปล่อยให้มันมีประจุบวกในขณะที่พวกมันเปลี่ยนจากวงโคจรพลังงานต่ำไปเป็นพลังงานที่สูงกว่า สำหรับสิ่งนี้อธิบายโดยฟิสิกส์ควอนตัมพวกมันดูดซับโฟตอนของพลังงานเฉพาะเพื่อดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าว
ดังนั้นพลังงานจึงถูกวัดปริมาณและจะไม่ดูดซับโฟตอนครึ่งหรือสามในสี่ แต่เป็นค่าความถี่เฉพาะ (ν) หรือความยาวคลื่น (λ)
เมื่ออิเล็กตรอนตื่นเต้นแล้วมันจะไม่อยู่เป็นเวลาไม่ จำกัด ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่มีพลังงานสูงขึ้น มันจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอนและอะตอมจะกลับสู่พื้นดินหรือสถานะเดิม
จะได้รับสเปกตรัมการดูดซึมขึ้นอยู่กับว่าโฟตอนที่ถูกดูดซับจะได้รับ และหากมีการบันทึกโฟตอนที่ปล่อยออกมาผลลัพธ์จะเป็นสเปกตรัมการแผ่รังสี
ปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตได้โดยการทดลองถ้าตัวอย่างขององค์ประกอบที่เป็นก๊าซหรืออะตอมถูกทำให้ร้อน ในทางดาราศาสตร์โดยการเปรียบเทียบสเปกตรัมเหล่านี้องค์ประกอบของดาวฤกษ์สามารถทราบได้และแม้กระทั่งตำแหน่งของมันเมื่อเทียบกับโลก
สเปกตรัมที่มองเห็นได้
ดังที่เห็นได้จากสองภาพแรกสเปกตรัมที่มองเห็นได้ประกอบด้วยสีตั้งแต่สีม่วงไปจนถึงสีแดงและเฉดสีทั้งหมดเกี่ยวกับปริมาณการดูดซับของวัสดุ (เฉดสีเข้ม)
ความยาวคลื่นของแสงสีแดงสอดคล้องกับค่าตั้งแต่ 650 นาโนเมตรเป็นต้นไป (จนกว่าจะหายไปในรังสีอินฟราเรด) และทางด้านซ้ายสุดโทนสีม่วงและสีม่วงครอบคลุมค่าความยาวคลื่นสูงถึง 450 นาโนเมตร สเปกตรัมที่มองเห็นได้จะอยู่ในช่วง 400 ถึง 700 นาโนเมตรโดยประมาณ
เมื่อλเพิ่มขึ้นความถี่ของโฟตอนจะลดลงดังนั้นพลังงานของมัน ดังนั้นแสงสีม่วงจึงมีพลังงานสูงกว่า (ความยาวคลื่นสั้นกว่า) มากกว่าแสงสีแดง (ความยาวคลื่นยาวกว่า) ดังนั้นวัสดุที่ดูดซับแสงสีม่วงจึงเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนพลังงานที่สูงขึ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
และถ้าวัสดุดูดซับสีไวโอเล็ตจะสะท้อนสีอะไร? จะปรากฏเป็นสีเหลืองอมเขียวซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนของมันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่มีพลังมาก ในขณะที่ถ้าวัสดุดูดซับพลังงานสีแดงที่ต่ำกว่าก็จะสะท้อนสีเขียวอมฟ้า
เมื่ออะตอมมีความเสถียรมากโดยทั่วไปจะแสดงสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ห่างไกลจากพลังงานมาก ดังนั้นคุณจะต้องดูดซับโฟตอนพลังงานที่สูงขึ้นเพื่อให้การเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์:
ที่มา: Gabriel Bolívar
สเปกตรัมการดูดซึมของโมเลกุล
โมเลกุลมีอะตอมและสิ่งเหล่านี้ยังดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนเป็นส่วนหนึ่งของพันธะเคมีดังนั้นการเปลี่ยนผ่านจึงแตกต่างกัน หนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ของทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลคือความสามารถในการเชื่อมโยงสเปกตรัมการดูดกลืนกับโครงสร้างทางเคมี
ดังนั้นพันธะเดี่ยวคู่สามคอนจูเกตและโครงสร้างอะโรมาติกจึงมีสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของตัวเอง ดังนั้นพวกมันจึงดูดซับโฟตอนที่เฉพาะเจาะจงมาก
ด้วยการมีอะตอมหลายตัวนอกเหนือจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและการสั่นของพันธะ (ซึ่งดูดซับพลังงานด้วย) สเปกตรัมการดูดกลืนของโมเลกุลจะมีรูปแบบของ "ภูเขา" ซึ่งระบุแถบที่ประกอบด้วยความยาวคลื่นที่ การเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้น
ด้วยสเปกตรัมเหล่านี้จึงทำให้สารประกอบสามารถจำแนกแยกแยะและแม้กระทั่งผ่านการวิเคราะห์หลายตัวแปรเชิงปริมาณ
เมทิลีนบลู
ที่มา: Wnt จาก Wikimedia Commons
ภาพบนแสดงสเปกตรัมของตัวบ่งชี้เมทิลีนบลู ตามชื่อที่ระบุไว้ชัดเจนว่าเป็นสีน้ำเงิน แต่สามารถตรวจสอบด้วยสเปกตรัมการดูดกลืนได้หรือไม่?
สังเกตว่ามีแถบระหว่างความยาวคลื่น 200 ถึง 300 นาโนเมตร ระหว่าง 400 ถึง 500 นาโนเมตรแทบจะไม่มีการดูดซึมนั่นคือไม่ดูดซับสีม่วงสีฟ้าหรือสีเขียว
อย่างไรก็ตามมันมีแถบการดูดซับที่แข็งแกร่งหลังจาก 600 นาโนเมตรดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำที่ดูดซับโฟตอนของแสงสีแดง
ด้วยเหตุนี้เมทิลีนบลูจึงมีสีน้ำเงินเข้ม
คลอโรฟิลล์ a และ b
ที่มา: Serge Helfrich จาก Wikimedia Commons
ดังที่เห็นได้ในภาพเส้นสีเขียวตรงกับสเปกตรัมการดูดซึมของคลอโรฟิลล์ a ในขณะที่เส้นสีน้ำเงินตรงกับคลอโรฟิลล์ b
ประการแรกต้องเปรียบเทียบแถบที่มีการดูดซับฟันกรามมากที่สุด ในกรณีนี้คือทางซ้ายระหว่าง 400 ถึง 500 นาโนเมตร คลอโรฟิลล์ a ดูดซับสีม่วงอย่างรุนแรงในขณะที่คลอโรฟิลล์ b (สายสีน้ำเงิน) ดูดซับสีฟ้า
โดยการดูดซับคลอโรฟิลล์ b ประมาณ 460 นาโนเมตรสีฟ้าสีเหลืองจะสะท้อนออกมา ในทางกลับกันมันยังดูดซับอย่างมากใกล้ 650 นาโนเมตรซึ่งเป็นแสงสีส้มซึ่งหมายความว่ามันแสดงสีฟ้า ถ้าผสมสีเหลืองและน้ำเงินผลเป็นอย่างไร? สีเขียว
และสุดท้ายคลอโรฟิลล์ a จะดูดซับสีฟ้า - ม่วงและยังให้แสงสีแดงใกล้เคียงกับ 660 นาโนเมตร ดังนั้นจึงมีสีเขียว "อ่อนลง" โดยสีเหลือง
อ้างอิง
- หอสังเกตการณ์ปารีส (เอสเอฟ) คลาสต่างๆของสเปกตรัม ดึงมาจาก: media4.obspm.fr
- วิทยาเขต Rabanales University (เอสเอฟ) สเปกโตรโฟโตเมตรี: สเปกตรัมการดูดซับและการหาปริมาณสีของสารชีวโมเลกุล . กู้คืนจาก: uco.es
- Day, R. , & Underwood, A. (1986). เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ (ฉบับที่ห้า) PEARSON, Prentice Hall, p 461-464
- Reush W. (nd). สเปกโทรสโกปีที่มองเห็นได้และอัลตราไวโอเลต กู้คืนจาก: 2.chemistry.msu.edu
- เดวิดที่รัก (2016) การดูดซับสเปกตรัม กู้คืนจาก: daviddarling.info
- Khan Academy. (2018) เส้นดูดซับ / การปล่อย สืบค้นจาก: khanacademy.org