ESPECTROFOTOMETRÍA L OS MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS SE BASAN EN LA








Espectrofotometría:

Espectrofotometría:


LESPECTROFOTOMETRÍA L OS MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS SE BASAN EN LA os métodos espectrofotométricos se basan en la interacción materia-energía. La radiación EM interacciona con la materia produciendo algún efecto, se dice que materia absorbe energía. Se lleva la materia desde un estado fundamental a un estado excitado. Dependiendo de la cantidad de energía aplicada, la interacción ocurrirá a distintos niveles. Con ello se distinguen varios tipos de espectroscopia según sea el tipo de interacción con la REM:
















Para el caso de la espectrofotometría UV-visible la interración ocurre a nivel de los e- de la capa de valencia existe un cambio en la distribución electrónica.


Absorción UV-visble : Para que ocurra la absorción de una radiación UV-visible en moléculas orgánicas, se requiere que la energía absorbida corresponda al salto de un orbital poblado a uno desocupado. En el caso molecular, los niveles no son tan discretos por lo que existe una gamma de frecuencias posibles.


Absorción y Emisión: Cuando se absorbe energía se pasa de un estado fundamental a un estado excitado. Este estado excitado vuelve a su estado basal luego de un cierto periodo de desfase, ocurriendo emisión de radiación (no siempre puede ocurrir, la energía se puede disiparse de otras formas). Este fenómeno da origen a otro tipo de espectroscopía como la espectroscopia de luminiscencia, fluorescencia.


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Cada analito molecular tiene un máximo de absorción en la zona del UV-visible. Atendiendo a esta para cada sustancia y a la intensidad en que se absorbe la radiación se diseña un método para cuantificar la cantidad de sustancia .


La cubeta: Recipente de la muestra


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Procedimiento experimental:



Absorción de la Luz

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La figura ilustra la atenuación (disminución de energía por unid. de area) de un haz de radiación monocromatica, antes y después de haber atravesado una capa de solución con un grosor de b cm y una concentración c. A causa de la interacción entre los fotones y las partículas absorbentes, la potencia del haz disminuye de Po a P.

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e define la
transmitancia T de una solución como la fracción de radiación incidente transmitida por la solución:

Y el porcentaje de transmitancia como %T= (P/Po)*100

Los valores de transmitancia pueden ir de 0 a 1, cero si no pasa nada de luz y uno si pasa toda la luz.

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e define la
absorbancia A de una solución:


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a absorbancia toma valores entre 0 e infinito. Obsérvese que la absorbancia aumenta conforme disminuye la transmitancia.


Los instrumentos miden transmitancia, es decir, comparan la potencia incidente y emergente. Tienen un procesador integrado que convierte los valores en absorbancia. En general , los instrumentos comunes tienen una escala de absorbancia de 0 a 2.


Ley de Beer:


De acuerdo a la ley de Beer, la absorbancia esta relacionada linealmente con la concentración de la especie absorbente (c ) y con la longitud de la trayectoria (b) de la radiación con el medio absorbente.

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a es una constante de proporcionalidad denominada absortividad. Si c esta en gr/L, a esta en Lgr-1m-1 y se c esta en mol/L a se denomina absortividad molar y se designa por (unidades de Lmol-1cm-1)

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Análisis Cuantitativo:


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ara efectuar el análisis la radiación de la fuente luminosa debe ser monocrómatica . Se debe elegir
máximo para obtener la máxima sensibilidad y minimizar los errores. El espectrofotómetro contiene un monocromador, que transforma la luz policromática en monocromática. Depende de la calidad de este, que tan buena es esta transformación.



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e debe establecer el rango de concentración donde la relación con la absorbancia es lineal. Depende de la absorbilidad de la sustancia.
Solo debería usarse el rango lineal.


Existe un rango de absorbancia óptima para la medición (alrededor de 0.15-0.7). Esto debido a que en la zona de alta absorbancia se producen desviaciones como consecuencia de que la luz que logra pasar es casi nula y se confunde con el ruido de fondo. Este rango depende de la calidad del aparato, incluso hay algunos que llegan a valores de 3 en absorbancia, pero llevan implícito cierto error. Esto se conoce como desviaciones instrumentales.

También pueden ocurrir desviaciones químicas de la ley de Beer producto de que las especies que forman la muestra interactúan y se desvía de la linealidad. Esto ocurre a altas concentraciones.

Para construir la curva de calibración se toman valores limite de concentración en los valores 0.15-0.7 de A y luego se toma un par de puntos más. Lo ideal es que la curva de calibración se construya en las mismas condiciones que la muestra (misma matriz). Cuando no procede esto, se puede eliminar el efecto de la matriz si se aplica el Método de Adición Estándar.





Componentes de un Espectrofotómetro


  1. Monocromador: Dispersa la luz y selecciona una longitud de onda

  2. Colimador: Selecciona de la franja de luz una determinada longitud de onda

  3. Detector: Transforma los fotones recibidos en una señal eléctrica.

  4. Fuentes radiante: Origen de luz (lamparas)


General mente se toman dos extremos:

Blanco 100% de transmitancia

OESPECTROFOTOMETRÍA L OS MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS SE BASAN EN LA
bjeto opaco
0% de transmitancia

Luego se toma el valor para la muestra.



Fuentes radiantes:


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ermite medir solo en el rango del espectro visible.


Selector de Longitud de Onda Dispositivo que selecciona la longitud de onda que será utilizada a una banda estrecha que es absorbida por el analito. Con esto se garantiza de que al analito siga la ley de Beer, se asegura una mayor selectividad ya que no es probable que interfieran sustancias con un máximo de absorción en regiones de otras longitudes de onda y además se aumenta la sensibilidad ya que una banda estrecha origina una máxima variación en la absorbancia al variar la concentración.


Monocromador: Dispositivo que dispersa un haz de radiación policromático en las longitudes de onda que lo componen, para luego selecciona una longitud de onda determinada del espectro.


Filtros de Absorción y rejilla de reflexión: En este tipo de monocromadores la dispersión angular se origina por la difracción que se produce en la superficie reflectante. Se genera una dispersión pareja de la luz, es decir, la dispersión de la longitud de onda es independiente de la longitud de onda.

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risma:
La difracción en las dos caras del prisma da lugar a una dispersión angular de la radiación. Algunas longitudes de onda son más dispersadas que otras. La dispersión producida por un monocromador de prisma es mayor a longitudes de onda cortas que a longitudes de onda largas.





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Portamuestras, cubetas:


Rango visible : cuarzo, vidrio, plástico




DESPECTROFOTOMETRÍA L OS MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS SE BASAN EN LA
etectores:




Espectrofotómetro de haz simple:


Del tipo que se ha visto anteriormente, el problema es la sensibilidad del detector, ya que el detector puede ser más sensible para una longitud de onda y menos para otras. Este tipo de espectrofotómetro esta bien adecuado para mediciones de absorción de una sola longitud de onda.


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Espectrofotómetro de doble haz:


Para compensar lo anterior, se inventó un sistema de doble haz. Un haz pasa por un divisor de haz (espejo en forma de V) formando dos haces en el espacio. Un haz pasa por una celda de referencia y otra por una celda de muestra simultáneamente (se requieren dos cubetas), luego los haces pasan por dos fotodetectores idénticos. Lo que se mide al final es la diferencia entre las dos mediciones (se utiliza un amplificador de diferencia). Es decir, cada medición implica una recalibración automática.

Con este tipo de instrumentos se puede obtener espectros de absorción de una sustancia ya que se hace un barrido de las longitudes de onda.


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Espectrofotómetro de Fotodiodos (arreglo de diodos):


La luz separada (múltiples longitudes de onda) se hace incidir en un arreglo de diodos que absorbe a las distintas longitudes de onda. El corazón del instrumento es la disposición de varios centenares de diodos detectores de silicio que se fabrican de lado a lado sobre un solo chip de silicio. Estos perciben para cada una de las distintas longitudes de onda de manera electrónica mediante un arreglo de circuito.

Experimentalmente se coloca primero un blanco y luego la muestra. Se percibe una menor señal de la muestra , es decir, con menos señales en el espectro.

Con este instrumento se puede detectar el espectro completo en fracción de segundos, es mucho mas útil. Incluso, la cubeta puede estar en un lugar accesible a la luz ambiente, no se afectan las mediciones.

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© Jimenez-Salazar





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