紫外可視分光法

紫外可視分光法は、電磁スペクトルの紫外域と可視域を扱う吸収分光法の一形態です。この分析技術は、液体または固体試料の吸光度や透過率を測定するために使用されます。分子構造の研究と分析において物理化学で重要なツールです。

紫外可視スペクトルは通常、200 nmから800 nmの範囲をカバーします。この領域での分子による光の吸収は、通常、基底状態から励起状態への電子遷移を引き起こします。これらの遷移を理解することで、化学者は分子の電子構造について貴重な情報を得ることができます。

基本原理

紫外可視分光法では、入射光線が試料を通過します。光の一部が吸収され、残りは試料を透過します。分光計は、試料を通過する光の強度を測定し、試料に入る前の光の強度と比較します。この比較により、吸光度または透過率データが得られ、物質に関する情報を提供します。

ビール・ランバートの法則に基づく中心的な原理は、光の吸収を光が通過する物質の性質に関連付けるためによく使われます。この法則は以下のように示されます：

A = εlc

ここで：

A は測定された吸光度（単位なし）。
ε はモル吸光係数（L mol^-1 cm^-1）。
l は試料を含むキュベットの経路長（cm）。
c は吸収種の濃度（mol L^-1）。

紫外可視分光光度計の構成要素

紫外可視分光光度計は主に次の構成要素で構成されています：

光源： 通常、広範な光のスペクトルを生成するために、重水素ランプ（UV用）とタングステンランプ（可視用）が使用されます。
分光器： 広いスペクトルから単一波長の光を分離します。
キュベット： 試料溶液を入れる小さな容器です。キュベットは、吸収を避けるために、石英（UV用）やガラス（可視用）などの材料で作られています。
検出器： 透過した光を電気信号に変換します。フォトダイオードや光電子増倍管が一般的に使用されます。
ディスプレイ： 吸光度や透過率の値を表示し、これらの値が波長とともにどのように変化するかを示すスペクトルを生成することができます。

電子遷移

電子遷移は紫外可視分光法における吸収の基礎です。分子は光エネルギーを吸収し、電子を低エネルギー軌道（例：非結合性またはπ軌道）から高エネルギー（反結合性またはσ軌道）へと励起させます。

紫外可視分光法で観察される最も一般的な電子遷移には次のものがあります：

σ → σ* 遷移： 高エネルギーを必要とし、非常に短い波長を除いて紫外可視範囲では通常発生しません。
n → σ* 遷移： これは孤立電子対を伴い、中程度の速度で起こります。
π → π* 遷移： アルケンや芳香族のような不飽和系で観察されるこれらの遷移は、非常に強く、紫外可視分光法の典型的な範囲に入ります。
n → π* 遷移： はっきりしていなく、非結合性電子がπ* 軌道に移動するために低エネルギー範囲で発生します。