光化学基础--光的透过和吸收

  

光是具有特定频率(波长)的电磁辐射。电磁辐射涵盖从宇宙射线到无线电波的范围(图1-1),通常所说的光指的是紫外光(UV)、可见光和红外光,波长范围分别在40~400nm、400~800nm和800nm以上。
 
 
    紫外光是波长为40~400nm的光,又可分为真空紫外(<200nm)、中紫外(200~300nm)和近紫外(300~400nm)。在一般光化学研究和光固化应用中有实际意义的是中紫外和近紫外区的紫外光,通常又划分为UV A(315~400nm)、UV B(280~315nm)和UV C(200~280nm)三个波段。一般的光固化体系中应用较多的是UV A和UV B,集成电路制作的光刻技术中则用到UV C段甚至更短波长的光。
    光固化涂料应用中常常要考虑深层固化的问题,这是由于光穿过吸光物质时其强度会发生衰减。光衰减的程度可以用比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律描述:
 
 
    式中,I0为入射光的光强;I为透射光的光强;ε称为摩尔消光系数,与被透过物中吸光物质的性质和入射光的波长有关;c为该吸光物质的浓度;l为光程长。
    留意上式中吸光物质浓度越大,则光衰减越严重,因此在实际应用中,过高的光引发剂浓度不利于深层固化。
    光的吸收其本质是光的能量转移到吸光物质,使吸光物质分子由低能量状态转化到高能量状态,例如从基态到激发态。吸收的能量与光的波长如下关系:
△E=hv=hc/λ
    式中,△E为分子激发态和基态的能级差,单位J;h为Planck常数,其值为6.62×10-34J·s;v为光的频率,单位s;c为光速,其值为3×1017nm/s;λ为光的波长,单位nm。可见,波长越短则能量越高。紫外光波长比可见光短,因此其能量较高,会对生物细胞产生破坏作用,所以应尽量避免紫外光对皮肤的辐照。远紫外线能量高,可用来杀菌消毒,通常用的杀菌灯就是主波长为200~300nm的紫外灯。

 

 

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