Was ist ein Absorptionsspektrum?
Ein Absorptionsspektrum wird erhalten, indem eine Probe einer reinen Verbindung Licht ausgesetzt wird. Die von den Molekülen in der Probe aufgenommene Energiemenge wird aufgezeichnet, während ein Spektroskop die Wellenlängen von Rot bis Ultraviolett abtastet. Chemiker verwenden ein Absorptionsspektrum, um unbekannte organische Verbindungen und Übergangsmetallverbindungen zu identifizieren. Absorptionsspektren werden von Biologen verwendet, um die Wellenlängen des während der Photosynthese absorbierten Lichts mit verschiedenen Pflanzenpigmenten in Beziehung zu setzen.
Sichtbares Licht oder Licht, das vom menschlichen Auge erfasst werden kann, hat eine Wellenlänge von etwa 400 bis 700 nm (1,5 · 10 & supmin ; & sup5; bis 2,8 · 10 & supmin ; & sup5; Zoll). Damit ein Objekt farbig erscheint, muss es Energie innerhalb dieses Bandes absorbieren. Die atomaren Strukturen, die dies tun, werden als Chromophore bezeichnet und sind von zwei Haupttypen: Übergangsmetallionen und konjugierte organische Bindungen, wie sie in Doppel- und Dreifach-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen auftreten.
Die von den Übergangsmetallen absorbierte Energie hängt mit dem Quantenenergiesprung zusammen, wenn ein Elektron der Außenhülle in ein energetischeres Orbital gebracht wird. Diese angeregten Zustände sind nicht stabil und die Energie wird schnell wieder freigesetzt. Übergangsmetalle erscheinen in der Mitte des Periodensystems.
Konjugierte organische Moleküle bestehen häufig aus einer Reihe von Doppelbindungs-Einfachbindungs-Paaren in einer langen Kette. Lycopin mit 12 Doppel-Einzel-Paaren ist das rote Pigment von Tomaten, und Beta-Carotin mit 11 Paaren ist das orangefarbene Pigment von Karotten. Die Moleküle absorbieren die Energie von Photonen einer einzelnen Wellenlänge über die Länge des Moleküls.
Ein Absorptionsspektrum zeigt eher breite Antworten als die einzelnen scharfen Peaks, die von der Absorption einzelner Lichtwellenlängen erwartet werden. Dies ist auf die Nichtquantenabsorption von Energie durch andere Teile des Moleküls zurückzuführen. Die Spektren sind charakteristisch genug, um zur qualitativen Identifizierung von Verbindungen verwendet zu werden. Organic Labs haben Nachschlagewerke zu Absorptionsspektren.
Flammen-Atomabsorptionsinstrumente messen die Konzentration von Metalllösungen durch Verdampfen des Metallions. Wenn die Probe von anderen Bestandteilen befreit wird, befinden sich die Metallatome in ihrem Grundzustand. Wenn das Metallgas Licht ausgesetzt wird, wird eine scharfe Reaktion aufgezeichnet, wenn ein Elektron der Außenhülle Energie einer bestimmten Wellenlänge absorbiert. Mit dieser Technik ist eine quantitative Analyse von Metallen möglich.
Biologen verwenden eine Absorptionsspektrumstudie, um die im Photosyntheseprozess absorbierten Wellenlängen zu identifizieren. Durch Korrelation der Photosyntheseleistung mit der Wellenlänge und einem bekannten Absorptionsspektrum für jedes Pflanzenpigment kann die Aktivität jedes Pigments untersucht werden. Ähnliche Techniken werden für andere lichtinduzierte Reaktionen verwendet.