บทนำ (introduction)
 
          รังสีอัลตราไวโอเลตมีความยาวคลื่นในช่วง 100-400 nm ส่วนรังสีของแสงที่มองเห็นได้ มีความยาวคลื่นในช่วง 400-800 nm การดูดกลืนรังสีจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ พลังงานของรังสีที่ได้รับเท่ากับพลังงานที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับ
พลังงานของอิเล็กตรอนในโมเลกุลนั้นๆ การดูดกลืนรังสีอัลตร้าไวโอเลตหรือ
รังสีของแสงที่มองเห็นได้โดยโมเลกุล จะทำให้เกิดการเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอน (electronic transition) โดยอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสภาวะนี้คือ อิเล็กตรอนก่อพันธะ (bonding electron) และอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ก่อพันธะ (non-bonding electron) หรืออิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (unpaired electron) การดูดกลืนรังสีนี้เรียกกันว่าการเร้าอิเล็กตรอน (electronic excitation) ซึ่งเป็นการทำให้อิเล็กตรอนตัวหนึ่งไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าเดิม
         จากสมบัติความเป็นควอนไตซ์ (quantized) หมายความว่าการเปลี่ยนสภาวะ
ของอิเล็กตรอนจะต้องมีระดับการเปลี่ยนจากสภาวะพื้น (E0) ไปสู่สภาวะเร้า (E*) ในชั้นใดชั้นหนึ่งเสมอ จากรูปที่ 3.1จะเห็นว่าอิเล็กตรอนไม่สามารถอยู่นอกชั้นพลังงานได้ ดังนั้นพลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนสภาวะหนึ่งๆ จึงเป็นค่าที่จำเพาะ
 
 
รูปที่ 3.1 แสดงความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอน
 
ระดับชั้นพลังงานของอิเล็กตรอน (Electronic Energy Level)
 

          รูปที่ 3.1 เป็นการวาดชั้นพลังงาน (energy level) อย่างคร่าวๆ ที่จริงแล้ว
ภายในแต่ละชั้นพลังงาน ยังประกอบด้วย ระดับพลังงานการสั่น (vibrational level) และระดับพลังงานการหมุน (rotational level) อีกมากมาย ดังรูป 3.2
 
 

 รูปที่ 3.2 ระดับพลังงานการหมุน การสั่น
ในแต่ละระดับขั้นพลังงานของอิเล็กตรอน
 
Etotal = Eel + Evib + Erot
 Eel : electronic energy level
Evib : vibrational energy level
Erot : rotational energy level

      เมื่ออิเล็กตรอนมีการเปลี่ยนแปลงระดับชั้นพลังงาน จะเกิดการเปลี่ยน
ระดับพลังงานการสั่น (vibrational level) และระดับพลังงานการหมุน (rotational level) ไปด้วยเสมอ ยกตัวอย่างจากรูปที่ 3.2 เมื่ออิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนสภาวะจากสภาวะพื้น (E0) ไปยังสภาวะเร้า (E*)   อิเล็กตรอนจากสภาวะพื้นจะขึ้นไปอยู่ที่ระดับพลังงานการสั่น หรือระดับพลังงานการหมุนใดก็ได้ของสภาวะเร้า ทำให้เกิดเส้นการดูดกลืนชิดกันมากมาย จนมองเห็นเป็นแถบ ดังรูป 3.3
 
 
 รูปที่ 3.3 การเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้น
ชิดกันมากมายจนมองเห็นเป็นแถบ
 
          นอกจากนี้ ตัวทำละลายยังมีผลให้ ระดับชั้นพลังงานของอิเล็กตรอนในแต่ละ
โมเลกุลแตกต่างกันไปเล็กน้อย ทำให้การเปลี่ยนสภาวะเกิดซ้อนทับกันจนมองเห็นเป็นแถบสเปกตรัมที่กว้าง เมื่อเปรียบเทียบกับสารในสภาวะก๊าซซึ่งไม่มีผลของ
ตัวทำละลาย ดังนั้นจะได้สเปกตรัมที่เป็นพีคชัดเจนกว่า ดังรูปที่ 3.4
 
 
รูปที่ 3.4 สเปกตรัมของ 1,2,4,5-tetrazine
(a) สภาวะแก๊ส (b) ในตัวทำละลายเฮกเซน (c) ในตัวทำละลายน้ำ
 
การเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอน (electronic transition)
 
  เมื่อโมเลกุลของสารดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสีของแสงที่มองเห็นได้
จะทำให้เกิดการเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอนจากสภาวะพื้น (ground state, E0)
ซึ่งมีพลังงานต่ำไปสู่สภาวะเร้า (excited state, E*) ซึ่งมีพลังงานสูงกว่า โมเลกุลจะมีโมเลกุลาร์ ออร์บิทัล (molecular orbital) 2 แบบได้แก่

- bonding orbital เป็นออร์บิทัลที่อยู่ในสภาวะพื้น ได้แก่ -orbital   (ซิกมา- ออร์บิทัล), -orbital (ไพ-ออร์บิทัล)  และ n-orbital (เอ็น-ออร์บิทัล)
- antibonding orbital เป็นออร์บิทัลที่อยู่ในสภาวะเร้าได้แก่ *-orbital
  (ซิกมาสตาร์-ออร์บิทัล) และ *-orbital (ไพสตาร์-ออร์บิทัล)

          ระดับพลังงานของ -orbital จะมีค่าต่ำสุด ส่วน -orbital และ n-orbital จะมีค่าพลังงานสูงขึ้นตามลำดับ สำหรับ antibonding orbital นั้น *-orbital มีพลังงานสูงกว่า *-orbital ดังรูป 3.5
 
 
รูปที่ 3.5 แสดงการเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอน
 
         การเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอนเกิดได้หลายแบบ เรียงตามลำดับพลังงานที่
ต้องใช้ในการทำให้อิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนสภาวะจากน้อยไปมาก หรือตามลำดับการเกิดได้ง่ายไปยากได้ดังนี้
 
 
        แต่อย่าลืมว่าการเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอนนั้นอาจไม่เกิดขึ้นทุกแบบตามที่คาดไว้เสมอไป จะต้องเป็นไปตามกฎการเลือก (selection rule)  ซึ่งเป็นกฎที่ใช้พิจารณาว่า การเปลี่ยนสภาวะแบบใดน่าจะเกิด โดยพิจารณาจากการเปลี่ยน spin quantum number และ spin orientation symmetry หรือกล่าวง่ายๆ ก็คือการเปลี่ยนสภาวะของอิเล็กตรอน นั้นขึ้นกับว่าโอกาสและความยากง่ายที่อิเล็กตรอนจะกระโดดไปอยู่บนชั้นพลังงานอื่นๆ นั่นเอง