５．光吸収・発光と光化学反応

紫外・可視の光の持つエネルギーは電子状態変化に相当するエネルギー領域にあり、 そのスペクトルはしばしば電子スペクトルと呼ばれる。 本課題では種々の有機分子を対象として、紫外・可視領域の光を用いた光吸収・発光（蛍光）及び光化学反応に関わって、 幅広く定性的なレベルでの実験を行う。

蛍光の実験はまず典型的な蛍光物質であるフルオレセインについて、 蛍光スペクトルの特性を確認し、標準スペクトルと比較することで検出装置の感度の波長依存性を調べる。 次いでアントラセンを用いて吸収・発光スペクトルの振動構造等について検討する。 また生体関連物質に関わって、光合成色素における光吸収・発光現象に触れ、 蛍光を用いたリボフラビン（ビラミンB2）の定性試験にも挑戦する。

光化学反応としてはアントラセンの光二量化反応を取り上げ、 アントラセンの反応性について、簡単なヒュッケル法による電子状態計算から考察を加える。

安全上の注意

• アントラセンの光２量化反応に使用する光源装置はジェルネイル用のもので、 日焼けサロン等で用いられているものと同様、紫外部の370 nm付近に大きな強度を持つ。 可視部にも発光強度を持つが、目に見えない強い光を発していることに注意し、 裸眼で直視しないようにすること。
• 使用するLEDは高輝度タイプなので、直接のぞき込んだりしないこと。 紫外LEDについては一見暗く見えても、強い紫外光を出している場合があるので特に注意すること。

予習課題

1. 蛍光スペクトルの強度の表記において、１.3の式(2)の関係式が成立することを確認すること。 仮に蛍光スペクトル強度が\(F_\mrm{e}(\lambda)\)で表示され、次式で与えられていたとすると

   \begin{equation} F_\mrm{e}(\lambda) = \frac{1}{(\lambda - \mrm{500~ nm})^2 + \mrm{1600~ nm^2}} ~ \mrm{J~nm} \label{eq:exp_samp} \end{equation}

   \(F_\mrm{q}(\tilde{\nu})\) 表示ではどのような式で表されることになるか？ またスペクトル強度の最大値は何 cm^-1に現れることになるか？
2. 発光ダイオード（LED、Light Emitting Diode）は、伝導帯の電子と価電子帯の正孔（ホール）が結合する際に発生するエネルギーを光に変換する素子と言える。 LEDにかける電圧（伝導帯と価電子帯のエネルギー差（バンドギャップ）に相当する）が 2 Vの場合、何 nm程度の光が発生することになるか？ また紫外部350 nm付近の光を出すLEDには少なくとも何Vの電圧をかける必要があるか？
3. 【余裕があれば】付録のアントラセンの電子状態に対する単純ヒュッケル（Hückel） 分子軌道法の問題を解いておこう。