MTODOS ESPECTROFOTOMTRICOS I

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MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOSI

• Descriptores

1.Introducción y generalidades 2.
Espectrofotometría molecular 4.Instrumentación y
aplicaciones analíticas
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Métodos ópticos espectroscópicos
Así se denominan genéricamente a un amplísimo
número de métodos instrumentales que utilizan
técnicas instrumentales en las que se genera una
señal de tipo óptico cuyo fundamento está basado
en la interacción de la radiación
electromagnética con el analito.
Al interaccionar la radiación electromagnética
con la muestra que contiene el analito, se pueden
originar distintos fenómenos, de entre los cuales
la absorción y emisión de luz, son los mas
relevantes y dan lugar a los métodos
espectrofotométricos de absorción y (o) emisión.
Los métodos pueden ser de absorción molecular o
atómica, dependiendo de que el analito se
encuentre en estado molecular o atómico.
También existen métodos fluorescentes, en los que
existe una absorción precedida de emisión
Todos estos métodos se denominan también
espectroscópicos, porque están basados en los
espectros de absorción o emisión del analito.
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El espectro electromagnético
Dada la amplitud de líneas y frecuencias
espectrales que contiene, el espectro
electromagnético , el espectro que resulta de la
interacción materia- energia radiante, puede ser
muy complejo y abarcar amplias zonas Vis-Uv, IR,
Microondas..etc.
Características de la radiación electromagnética
Energía fotón
Cuando l incrementa, disminuye la energía y
frecuencia del fotón
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Tipos de interacción
Absorción la luz se absorbe por un átomo, ion o
molécula que adquiere un estado superior de
energía. Emisión se libera energía de un átomo,
ion o molécula que adquiere un estado inferior de
energía.
Empezaremos considerando sólo algunos métodos de
absorción !!!
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ABSORCIÓN DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
PROCESO POR EL CUAL UNA ESPECIE EN UN MEDIO
TRANSPARENTE, CAPTA SELECTIVAMENTE CIERTAS
FRECUENCIAS DE LA RADIACIÓN

• La ABSORCIÓN de luz por una sustancia tiene lugar
  cuando
• la luz posee la energía precisa para provocar los
  cambios
• precisos. Estos cambios ( siempre discretos),
  pueden ser
• Electrónicos (átomos y (o) moléculas)
• Vibracionales (sólo moléculas)
• Rotacionales ( sólo moléculas)

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Espectroscopía de absorción
Absorción Atómica
Absorción Molecular
En la absorción por moléculas, entran en juego
transacciones de tipo vibracional, rotacional
entre subniveles electrónicos. El resultado final
se traduce en un espectro de bandas.
El espectro está constituido por líneas, debido
al gran nº de transacciones posibles,
que incluyen la de los subniveles electrónicos
dentro de cada nivel
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TRANSICIONES ENERGÉTICAS
n2
l2
n1
l1
n3
l3
n4
l4
E h n
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TIPOS DE ESPECTROS
A
A
l
l
ESPECTRO DE LÍNEAS
ESPECTRO CONTINUO
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Espectrofotometría de absorción molecular
Es útil tanto para análisis cualitativo como
cuantitativo
Transacciones electrónicas
Interacciones de enlace
Espectro
Variando la longitud de onda dentro de cada zona
del espectro electromagnético se puede obtener el
espectro de absorción de una sustancia en cada
región.
Información cualitativa Se obtiene comparando el
espectro de la muestra con el de un material de
referencia. Esta información es mas relevante en
espectroscopía IR y menor en el caso de
espectroscopía Vis-UV.
Los espectros Vis-UV se pueden lograr usando un
mismo equipo. La espectroscopia IR (mayor
información), requiere otro tipo de instrumento
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LEY DE LAMBERT - BEER

P
A -logT
Transmitancia (T)
P0
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ABSORTIVIDAD MOLAR
DEPENDE DE CARACTERÍSTICAS DEL
DISOLVENTE ESPECIE ABSORBENTE LONGITUD DE ONDA DE
TRABAJO
UNIDADES L /mol.cm
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PROPIEDAD ADITIVA DE LA ABSORBANCIA
LA ABSORBANCIA TOTAL DE UNA MUESTRA A UNA
LONGITUD DE ONDA DETERMINADA ES LA SUMA DE LAS
ABSORBANCIAS DE CADA UNO DE SUS CONSTITUYENTES A
DICHA LONGITUD DE ONDA.
esto obliga a seleccionar muy bien la l del
analito!
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LIMITACIONES DE LA LEY DE BEER
REALES
? variación de la absortividad debida al
disolvente ? Concentración
APARENTES
? instrumentales radiación policromática ?
químicas cambios químicos de las especies


absorbentes por interacción con el disolvente
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Desviaciones a la ley de Beer
La mayor parte de las especies cumplen con la ley
en un determinado intervalo de concentraciones.
Fuera de él, experimentan desviaciones positivas
o negativas. Esto se observa bien en el calibrado
absorbancia
respuesta debida a la autoabsorción o a la luz
escasa que atraviesa la cubeta
respuesta del blanco, interferencias o
escasa sensibilidad
concentración
Es preciso asegurar que se está trabajando en
el intervalo lineal!!
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SELECCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA DE TRABAJO
banda A
banda C
A
A
banda A
banda B
concentración
l
Se debe de procurar medir las absorbancias en el
entorno más próximo a la l max. de absorción en
el espectro (se minimizan errores) y se
logran máximas sensibilidades.
Midiendo lejos de ese punto de máxima
absorción pequeñas variaciones en la medida se
traducen en grandes errores.
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COMPONENTES BÁSICOS DE LOS INSTRUMENTOS PARA
MEDIDAS DE ABSORCIÓN MOLECULAR EN EL UV-VISIBLE
FUENTE DE ENERGÍA RADIANTE SELECTOR DE LONGITUD
DE ONDA CUBETAS (Muestra) DETECTOR DISPOSITIVO DE
LECTURA
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Instrumentación básica comparada en los métodos
espectroscópicos moleculares
Espectroscopía Vis-UV
Espectroscopía IR
Fluorescencia molecular
(emisión)
Los tres componentes van juntos como unidad de
fuente y muestra
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FUENTE DE ENERGÍA RADIANTE
CONTINUA ESTABLE INTENSA
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Fuentes de Energía
En absorción molecular la muestra debe ser
irradiada con energía luminosa, procedente de una
fuente. Dependiendo de la zona de trabajo, las
propiedades de la fuente son distintas. Las
fuentes deben ser uniformes en intensidad.
Las fuentes de IR se producen al paso de
corriente a través de materiales
incandescentes ZrO2-óxidos de itrio
(400-20,000nm) Cr-Ni (750-20,000 nm), SiC..etc
lámpara de deuterio (UV)
fuente de tungsteno (W)
Se usa en VIS e IR próximo produce luz en
intervalos de 350-2200 nm
160- 380 nm
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ESPECTRO VISIBLE Y COLORES COMPLEMENTARIOS
visualización
complementario
violeta
380-420
amarillo-verde
520 - 550
azul-violeta
420 - 440
amarillo
550 - 580
azul
440 - 470
anaranjado
580 - 620
verde-azul
470 - 500
rojo
620 - 680
verde
500 - 520
púrpura
680 - 780
amarillo-verde
520 - 550
violeta
380 - 420
420 - 440
amarillo
550 - 580
azul-violeta
anaranjado
580 - 620
azul
440 - 470
470 - 500
rojo
620 - 680
verde-azul
púrpura
680 - 780
verde
500 - 520
UNA SOLUCIÓN SE OBSERVA DE COLOR AZUL CUANDO SE
ILUMINA CON LUZ POLICROMÁTICA PORQUE ABSORBE
TODOS LOS COLORES EXCEPTO EL AZUL, QUE ES EL
COLOR QUE DEJA PASAR
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SELECTOR DE LONGITUD DE ONDA
CARACTERÍSTICAS LONGITUD DE ONDA DE MÁXIMA
TRANSMISIÓN PORCENTAJE DE TRANSMITANCIA EN EL
MÁXIMO ANCHO DE BANDA EFECTIVO
DISEÑOS FILTROS DE CORTE FILTROS DE
ABSORCIÓN FILTROS DE INTERFERENCIA MONOCROMADORES
DE PRISMA MONOCROMADORES DE RED
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SELECCIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA CON
MONOCROMADORES
COMPONENTES BÁSICOS RENDIJAS DE ENTRADA Y DE
SALIDA ESPEJO COLIMADOR ELEMENTO DISPERSANTE
(PRISMA O RED) ESPEJO O LENTE FOCALIZADOR VENTAN
AS DE ENTRADA Y SALIDA
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MONOCROMADORES
espejo focalizador
espejo colimador
con red de difracción
l2
l1
rendija de entrada
rendija de salida
elemento dispersante
con prisma
l2
l1
lente colimadora
lente focalizadora
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CUBETAS
CARAS NORMALES A LA DIRECCIÓN DEL HAZ
IR
VIS-UV
ABSORCIÓN MÍNIMA A LA LONGITUD DE ONDA DE TRABAJO

• Vidrio ordinario o sílice (VIS).
• Sílice fundida o cuarzo (UV).
• NaCl, NaI, etc (IR).

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DETECTORES
Al final la luz seleccionada tiene que ser
detectada y cuantificada. Esto se consigue con
el empleo de detectores cuyo cometido es
convertir la respuesta del instrumento en una
señal medible. Dependiendo del tipo de luz con
el que se trabaja existen distintos tipos de
detectores
variada
variado
variable
Termistores
En espectroscopia IR se puede acoplar al detector
un procesador de transformada de Fourier (FTIR).
FOTOTUBO
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REQUISITOS DE LOS DETECTORES
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FOTOTUBOS Y FOTOMULTIPLICADORES
Están basados en el efecto fotoeléctrico, en el
que la incidencia de un haz fotónico sobre un
metal es capaz de generar energía eléctrica
FOTOTUBO
En el caso de los fotomultiplicadores, la señal
se amplifica mediante el uso de dinodos en serie.
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DETECTOR
TUBO FOTOMULTIPLICADOR
Cada dinodo se conecta a una fuente externa de 90
V generando en el colector una avalancha de 106 a
107 electrones por cada fotón incidente para el
caso de un tubo fotomultiplicador de 9 dinodos
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En la actualidad es el detector
espectrofotométrico mas utilizado acoplado a un
sistema cromatográfico líquido
En la actualidad es el detector
espectrofotométrico mas utilizado acoplado a un
sistema cromatográfico líquido
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Procesador de señal y lectura
Es el último componente básico de instrumentación

• Todo espectrofotómetro ha de disponer de
• Sistema de amplificación propia que produzca una
  señal medible
• Un sistema procesador de la señal, que permita
  eliminar, promediar
• datos, proporcionar salida de lectura,
  dirigir la salida de la señal..etc
• Una salida de la señal digital,registrador..etc
• Tener cierta capacidad de procesar números /FTIR

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Espectrofotómetros
Pueden ser
1 Monohaz o haz simple
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2 Espectrofotómetro de doble haz

• Se puede desdoblar el haz a intervalos regulares
  con la ayuda de un choper
• La mitad de la luz atraviesa la muestra y la
  otra un blanco
• La absorbancia medida tiene en cuenta la ratio
  de absorción muestra/blanco
• y permite corregir las desviaciones en el
  detector y en la fuente de salida
• La velocidad de cambio del chopper es una
  limitación a la l que puede
• seleccionar el instrumento.

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3 Espectrofotómetros IR

• Son de dos tipos
• Dispersivos (descansan en un sistema monocromador
  y de barrido para
• producir el espectro).
• Transformada de Fourier (usan una combinación de
  interferencias
• constructivas y destructivas junto con la
  transformada para producir
• el espectro).

Dispersivos
fuente
muestra
monocromador
detector
generalmente son de doble haz
el monocromador precede a la muestra
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Infrarrojo con transformadade Fourier
Fundamento
A un tiempo fijo se pasan muchas l a través de la
celda y se registra la señal. Con cada barrido,
cualquier l puede atravesar la celda muchas
veces. Se obtiene así el interferograma
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Aplicaciones analíticas
La espectrofotometría de absorción molecular se
puede aplicar tanto al análisis cualititativo
como cuantitativo.
Análisis cualitativo los espectros de la muestra
se han de comparar con los correspondientes a
estándares con el fin de identificar las bandas
de absorción coincidentes. Este tipo de análisis
es mas frecuente en UV e IR para identificar
compuestos orgánicos y mas rara vez se utiliza el
Vis.
Análisis cuantitativo está basado en la ley de
Beer-Lambert en el intervalo de concentraciones
de cumplimiento de la ley. Se establece la curva
de calibrado usando estándares y la absorbancia
de la muestra de concentración desconocida se
remite a la curva ( a veces basta con un solo
estándar).
Procedimiento

• En espectrofotometría Vis., el analito se suele
  incorporar a una especie
• compleja que presente bandas de absorción
  intensas.
• La selección de la l a la que se mide la
  absorbancia, puede contribuir
• a incrementar la selectividad de la medida (si
  absorbe sólo el analito)
• Siempre que sea posible se debe medir la
  absorbancia a lmax

Es una técnica rutinaria y especialmente sensible
en fluorescencia.
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APLICACIONES ANALÍTICAS
AMPLIO CAMPO DE APLICACIONES
(análisis orgánico e inorgánico)
ALTA SENSIBILIDAD
BUENA SELECTIVIDAD
BUENA PRECISIÓN
FACILIDAD OPERATIVA
APLICACIÓN A ESPECIES NO ABSORBENTES (FORMACIÓN
DE COMPLEJOS)