UV測定の波長と色の関係について

質問

UV測定の原理は、紫外線領域のエネルギー強度の光が分子内のπ電子を励起するために起こる、と文献にありましが、いまいち意味がわかりません。分子に光を当てると、その分子が吸収した波長の光が最大吸収となって現れるのでしょうか。例えば、その分子の見た目が黄色なら、黄色の光を反射しているから黄色に見え、UV測定を行ったときは、その分子が一番よく吸収する黄色と反対(補色）の色である紫の領域の波長にピークが表せるのでしょうか。

回答No.4

x-sen · ベストアンサー

No.1です。
皆さんもご回答されていますが、問題点を少し整理してみましょう。
(1)物質の色について
可視領域の波長を吸収する物質は、その吸収波長の色の補色に見えます。紫の領域を吸収する物質は、黄色に見えます。可視光領域に吸収を持たない物質は、無色又は白色です。可視光を皆吸収する場合は、黒色です。
(2)可視紫外領域の吸収について
ではなぜ可視紫外領域の光吸収が起こるのか。これは、物質を構成している原子や分子の、電子のエネルギー状態の遷移によって生じます。
各々の電子の状態によって、吸収するエネルギーが決まっており、様々な物質を調べれば、可視紫外領域のいろんな波長の吸収が見られます。例えば、半導体のGaAsのバンドギャップ吸収は約870nm、GaNは約370nmです。錯イオンのMnO4^2-は、250～500nmに吸収があります。不純物や格子欠陥での吸収もあります。
また同一物質でも、複数の吸収を持つ場合もあります。何種類かの電子が励起されれば、複数の吸収が生じますし、ある基底状態から、複数の励起状態に励起可能な場合には、複数の吸収ピークを持ちます。

(3)有機分子の吸収について
可視および紫外領域の吸収は、π電子のエネルギー状態の遷移に起因しているようです。π電子をもたない有機分子は、可視紫外領域に吸収を持たないみたいです。

質問者さんは、有機分子の光吸収について勉強されているのでしょうか。
物に色がついて見えるということ、その原因となっている光吸収という現象には、いくつか種類があるということを、理解して頂けたでしょうか。
有機分子の色素なども、その一例です。
長くなりましたが、如何でしょうか。下記に、多少の記載があります。ご参考まで。

参考URL：

http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/arima/lecture/spectroscopy/pi_electron.html

お礼

ありがとうございます。すごく納得できてうれしいです。

回答No.3

Kentamago

化学系の大学院に行っている者です。
UV測定ってのは、可視紫外吸光光度法とかUV-VIS測定なんて本に書かれているやつのことを言ってるのですよね？
感覚的に説明しますと、
ある特定の色が見えているってことは、まぁおおざっぱに400～800nmの光（可視光領域）のうち、見えている色の光がその測定している物質に吸収されず、反射もしくは透過しているってことです♪
それがいろんな本に書いてある”補色”ってやつで、我々にはその補色が見えているのです。
色が黄色に見える物質ってことは、補色が黄色なわけですから、その物質は青系、紫系の光（450nm前後）を吸収しているってことですよね？！
また、分子（水H2Oや、二酸化炭素CO2など）においては、UV測定を行うと、その吸収される光の範囲ってのはいろんな範囲に及びます。
どういうことかっていうと、分子ってのはいろんな原子からできていますよね？水なら水素と酸素ってことです。
だから、水にはエネルギーを吸収できる箇所がたくさんあるんですよ♪π電子があるような、例えばベンゼンなんかを測った場合も、π結合に由来する吸収がありますが、何種類かあります。（本でn-πとかπ-πとかみたことあるかな？）
つまり、いろんな吸収がある中で、その物質がもっともよく光を吸収する波長を極大吸収波長とか呼んだりしているんですよ。
これとは逆に、原子吸光分析とかって聞いたことありませんか？これは、極大吸収がどうとかって問題ではなく、ある一つの原子のみを測定するので、吸収曲線はただひとつの線になります。そいつしかいないから、「｜」な感じになります（笑）

まぁなんか長くなりましたが、UV測定は分子を対称にしてはかっているので、吸収はいろんな波長領域に及びます（一般的に、測定されたチャートみるとブロードな富士山みたいなものになりますね♪もっとギザギザしたやつもいますが）。
そのとき、たまたま可視光領域に光の吸収を示したりすると、色がどうだって話しになってきます。分子に吸収された（奪い取られた）光は我々には見えない！って感じです。ちなみに、吸収された光を測定することをずっと話してきましたが、同じUV測定でも、逆に透過、反射した光を測定するような方法もありますよ♪

ちょっととりとめなく長くなってしまって申し訳ないですが、参考になれば良いと思います。
頑張ってください。

お礼

すごく丁寧に説明していただきありがとうございます。よくわかりました。

回答No.2

walkingdic

>>
その分子の見た目が黄色なら、黄色の光を反射しているから黄色に見え、UV測定を行ったときは、その分子が一番よく吸収する黄色と反対(補色）の色である紫の領域の波長にピークが表せるのでしょうか。
<<
いえ。本来見た目で判断できるものではありませんが、仮に黄色の波長の光を反射する分子とすると、目には黄色に見えます。反射ということは吸収しないということです。
補色の話はここでは関係ありませんし、紫外領域の波長ともなんのつながりもありません。
一方黄色に見えたからといって黄色を特によく反射するというわけではなく、青をよく吸収する物質であれば青を吸収して反射しないから黄色に見えます。（白から青を除くと赤と緑となりこの合成は黄色になります：加色法）

ＵＶ測定で分子のπ結合がという記述はある特定の分子（たとえばＵＶ硬化樹脂など）について話をしていると思われます。また”ＵＶ測定”の意味が不明です。おそらく黄色という言葉を持ち出しているところを見ると、紫外（多分２５４ｎｍ）と可視（５４６ｎｍ－＞黄色に見える）の二波長光度計で、特に上記ＵＶ硬化樹脂などの反応状況を見るために使われるものを差しているのではと思いますが、それであればあくまで可視光の方はリファレンスであり、硬化自体は紫外の吸光度を見ていると思いますけど。

お礼

回答ありがとうございます。UV測定の原理がわかりきっていないので、また勉強します。

回答No.1

x-sen

概ね正しいのではないでしょうか。
UV測定とは、可視紫外吸収スペクトル測定のことでいいですよね。
可視紫外領域の吸収は、π電子に限らず、物質の電子状態の遷移によって、吸収が見られるようです。
従って、物質に可視紫外領域の光を当てると、その物質の電子状態に対応した波長の光が吸収されます。もちろんπ電子の吸収も起こると思います。吸収ピークは、複数現れることもあります。
可視光領域に吸収を持つ物質は、例えば紫の領域を吸収する物質は、その補色である黄色に見えます。

補足

回答ありがとうございます。
「可視紫外領域の吸収は、π電子に限らず、物質の電子状態の遷移によって、吸収が見られるようです。」についてもう一つ質問ですが、紫外線領域に吸収があるものは、二重結合や三重結合を持つものしか起こらないと聞いたことがあります。紫外線領域ではπ電子を持つもののみが吸収を持ち、可視領域にはπ電子を持つものも持たないものも吸収を持つということでしょうか。