(ESPECTROFOTOMETRA UV-VIS)

PROF. MARLENE MORA

2013

MM 2013

La distancia entre dos picos (o dos valles) de una onda se llama longitud de onda ( = lambda).

LONGITUD DE ONDA

MM 2013

UV Violeta Azul Verde Amarillo Naranja Rojo IR

4000 A Espectro Visible 7500 A

Ultravioleta Luz visible Infrarrojo

102 -104 ~ 104 104-107

Las longitudes de onda mas largas que las del rojo se les conoce como infrarrojas y las mas cortas que el violeta, ultravioletas.

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Cuanto ms larga la longitud de onda de la luz visibletanto ms rojo el color.

Asimismo las longitudes de onda corta estn en la zona violeta del espectro.

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La luz blanca est compuesta de ondas de diversas frecuencias. Cuando un rayo de luz blanca pasa por un prisma se separa en sus componentes de acuerdo a la longitud de onda

MM 2012

Cmo se puede medir la radiacin que emiten o absorben los cuerpos?.

Un aparato capaz de obtener el espectro de una radiacin, es decir, de separar la radiacin en sus componentes, se llama un espectroscopio.

Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un espectrgrafo, y

Si es capaz de medirla diremos que se trata de un espectrmetro.

Cuando es capaz de medir tambin la intensidad de la radiacin, se llama espectrofotmetro.

MM 2012

MM 2012

MM 2012

COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCPICOS

Los instrumentos usados para estudiar la absorcin o la emisin de la radiacinelectromagntica en funcin de la son conocidos como ESPECTROFOTMETROS y

constan de 5 elementos bsicos :

1. Fuente estable de energa radiante.

2. Dispositivo que asle una determinada regin del espectro.

3. Recipiente transparente a la radiacin para contener la muestra.

4. Detector de radiacin que convierte a la energa radiante en una seal de medida.

5. Indicador de seal : sistema de procesamiento y lectura de la seal

ESPECTROFOTOMETRO

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1 Fuente de luz

La misma ilumina la muestra. Debe

cumplir con las condiciones de

estabilidad, direccionabilidad,

distribucin de energa espectral

continua y larga vida. Las fuentes

empleadas son lmpara de tungsteno y

lmpara de arco de xenn.

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FUENTES DE

RADIACIN Y

DETECTORES

En la Figura se

resumen los

diferentes

sistemas de

deteccin de la

seal as como las

fuentes usadas en

funcin de la

(regin espectral).

CO

NT

INU

AS

UV Visible/IRL

mp

ara de D

euterio

Arco de Xenn

Lm

para d

e Wo

lframio

1.- FUENTES DE RADIACIN

1.- FUENTES DE RADIACIN Su misin es la generacin de un haz de radiacin con suficiente potencia de salida y

estabilidad para que se detecte y se mida con facilidad.

Pueden ser CONTINUAS , que emiten radiacin que varia su intensidad en un amplio yDISCONTINUAS O DE LNEAS, que emiten un nmero limitado de lneas o bandas de

radiacin, cada una de las cuales abarca un limitado .

FUENTES USADAS EN ESPECTROSCOPA

FUENTE (nm) TIPO DE ESPECTROSCOPIA

CONTINUAS

Lmpara de Xenn 250-600 Fluorescencia molecular y Raman

Lmpara de

Hidrogeno/Deuterio160-380 Absorcin molecular (UV)

Lmpara de Wolframio 350-2200 Absorcin molecular (Visible/IR cercano)

Lmpara de

Wolframio/Halgeno240-2500

Absorcin molecular (UV/Visible/IR

cercano)

Lmpara de Nicrom 750-20000 Absorcin molecular (IR)

Lmpara de Nernst 400-20000 Absorcin molecular (IR)

Fuente Globar 1200-40000 Absorcin molecular (IR)

DE LINEAS

Lmpara de Ctodo hueco UV-Visible Absorcin y fluorescencia atmica

Lmpara de descarga sin

electrodosUV-Visible Absorcin y fluorescencia atmica

Lmpara de vapor

metlicoUV-Visible

Absorcin atmica, Fluorescencia molecular

y Raman

Lmpara LASER UV-Visible-IRAbsorcin molecular , Fluorescencia

molecular y Raman

2.- Monocromador

Para obtener luz monocromtica, constitudo por las rendijas

de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersin.

El monocromador asla las radiaciones de longitud de onda

deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto.

3.- Fotodetectores

En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16

fotodetectores para percibir la seal en forma simultnea en

16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto

reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes mvils del

equipo.

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MONOCROMADORESDispersan la radiacin separando espacialmente las distintas de la luz policromticaproporcionando bandas de anchura pequea. Varan de forma continua y en un amplio y almismo tiempo aslan una pequea banda de la luz policromtica.COMPONENTES:

1. Rendija de entrada

2. Lente colimadora o espejo cncavo que produce un haz paralelo de radiacin

3. Elemento que dispersa la radiacin en sus longitudes de onda individuales: prisma o red

4. Elemento de enfoque de salida

5. Rendija de salida

CO

MP

ON

EN

TE

S

Y T

IPO

S D

E

MO

NO

CR

OM

AD

OR

ES

TEMA 3.- COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCPICOS

TEMA 3.- COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCPICOS

MATERIALES

DE LOS

COMPONENTES

OPTICOS

En la Figura se

muestran que tipo

de material se

emplea en funcin

de la (regin

espectral) para

cubetas , ventanas,

lentes, prismas y

selectores de .

celda de 5uL

La muestra se coloca en una cubeta* de

forma prismticaMM 2012

RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS Todos los mtodos espectroscpicos , excepto los atmicos emplean un recipiente que

contenga a la muestra.

Reciben el nombre de celda o cubeta y se fabrican de : plstico o vidrio (para la regin Visible) slice fundido (cuarzo) (para la regin Visible y UV por debajo de 350 nm e IR hasta

3000 nm )

vidrio de silicato para medidas entre 375 y 2000 nm (V e IR) NaCl para la regin del IR

La longitud mas comn en la trayectoria de las cubetas para Visible y UV, suele ser de 1 cm,aunque las puede haber menores o mayores.

Hay cubetas acopladas a los sistemas de medidas continuas (FIA o HPLC), a travs de lascuales pasa el flujo de muestra.

TEMA 3.- COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCPICOS

RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS

TEMA 3.- COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCPICOS

Cubeta: disolucin de medida

Refrigerante: bao termosttico ,

Peltier cooler

Portacubetas

Se asume que el tubo, celda o cubeta en la cualse vierte la solucin a leer no debe desviar la

trayectoria de la luz como requisito para el

cumplimiento de la ley de Beer

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Como el cuarzo aparte de ser muy transparente presenta uncomportamiento constante ante la variacin de la longitud deonda es comn que las celdas del espectrofotmetro ocolormetro sean de este material .

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RELACIN ENTRE ABSORBANCIA Y CONCENTRACIN: LEY DE BEER

Ley de Lambert-Beer: muestra cmo la absorbancia es

directamente proporcional a la longitud b de la trayectoria a travs de

la solucin y a la concentracin c del analito o especie absorbente.

cbaA cbA

a: cte de proporcionalidad llamada absortividad. (unidades Lcm-1g-1, si c=g/L)

b: longitud del camino que recorre la radiacin a travs del medio absorbente.

c: concentracin expresada en g/L (mg/L, ...) Cuando en la ecuacin laconcentracin viene expresada en mol/L, la cte de proporcionalidad se denominaabsortividad molar y se representa por (unidades Lcm-1mol-1. )

-Disoluciones que contienen ms de una clase de especiesabsorbentes:

A = A1 + A2 + .... + AnComo A = b c

A = 1 b c1 + 2 b c2 + . +n b cn

Siendo 1, 2, , n los componentes absorbentes. MM 2012

Luz incidente (I0) Luz absorbida Luz emergente (I)

Longitud del medio

absorbente o ancho de la

celda

I0

c = concentracin.(nmero de partculas por

cm3)

I

a = absortividad

Cuando un rayo de luz monocromtica con una intensidad I0 pasa a travs de una solucin, parte de la luz es absorbida resultando que la luz emergente I es menor que I0

b

a

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TRANSMITANCIA

Transmitancia: fraccin deradiacin incidente transmitidapor la disolucin.

O

T

P

PT

ABSORBANCIA

La absorbancia de una disolucin aumenta a medida queaumenta la atenuacin del haz.

T

O

P

PTA loglog

PT potencia del haz de radiacin transmitida.MM 2012

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Cada compuesto (de complejo a simple) presenta un espectro deabsorcin caracterstico

Las longitudes de onda con mayor absorcin (picos) correspondernde forma general a aquellas con las que se leer la muestra paradeterminar su concentracin

La relacin entre la absorbancia por una sustancia a una ldeterminada y su concentracin es directamente proporcional es decir:a mayor concentracin mayor proporcin de luz absorbida.

Absorbancia

Conc.

l

Absorbancia

l

Absorbancia

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As, el espectro de absorcin de la clorofila es:

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8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER

A) Limitaciones reales de la ley

B) Limitaciones Qumicas

C) Limitaciones Instrumentales

La proporcionalidad directa entre absorbancia yconcentracin cuando b es cte presenta desviaciones:

La atenuacin de una radiacin es cuantitativamenteproporcional a ala concentracin de la especie absorbente

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8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER

A) Limitaciones reales de la ley

-Disoluciones de concentracin elevada (c > 0.01 M) dan malos resultados.

-La absortividad a y la absortividad molar dependen del ndice derefraccin de la muestra.

B) Limitaciones Qumicas

Se produce cuando el analito se disocia, asocia o reacciona con eldisolvente para dar productos que presentan propiedades deabsorcin diferentes de las del analito.

HIn H+ + In-

Color 1 Color 2

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8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER

C) Limitaciones Instrumentales

El cumplimiento estricto de la Ley de Beer slo se observa pararadiaciones monocromticas (radiacin formada por una solalongitud de onda) y stas en la prctica no se consiguen, ya quecon los dispositivos disponibles (filtros, monocromadores) seobtienen una banda de longitudes de onda ms o menossimtrica entorno a la deseada.

Otra desviacin: Presencia de radiacin parsita o dispersa.

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8.6.- ESPECIES ABSORBENTES

A) Absorcin por compuestos orgnicos

Dos tipos de e- son responsables de que las molculas absorban radiacinUV-Vis:

- e- compartidos que participan directamente en la formacin de enlaces yque estn asociados a ms de un tomo.

- e- externos no compartidos, localizados preferentemente entorno atomos como O, S, N y halgenos.(e situados en orbitales no enlazantesn)

l a la que absorbe una molcula depende de la fuerza con queretiene a sus distintos e-.

Enlaces sencillos C-C o C-H: l de la regin del UV de vaco (l

ESPECIES ABSORBENTES

A) Absorcin por compuestos orgnicos con grupos cromforos

n orbitales no enlazantes presentes en compuestos con heteroatomos de O, S y

halgenos. MM 2012

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8.7.- APLICACIONES

CARACTERSTICAS DE LOS MTODOS ESPECTROFOTOMTRICOS

- Amplia aplicabilidad.

- Elevada sensibilidad: los lmites deteccin 10-4 a 10-5 M.

- Selectividad de moderada a alta.

- Buena exactitud: errores de concentracin 1-5% o incluso menores.

- Facilidad y comodidad en las medidas espectrofotomtricas.

- Se prestan a una fcil automatizacin.

CAMPO DE APLICACIN

- Especies absorbentes: compuestos orgnicos que contengan gruposcromforos y especies inorgnicas como son los metales de transicin.

- Especies no absorbentes: los analitos reaccionan con un reactivopara producir un compuesto absorbente.

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8.7.- APLICACIONES

APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES

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MM 2012

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Existen en la actualidad

diversos tipos de aparatos con

los mismos principios los hay

mecnicos y digitales; unos

miden solo la luz visible, otros

son ms precisos y miden

tambin luz U.V. , Infrarroja, de

absorcin atmica (AA),

flurescencia de rayos-X de

emisin de plasma (ICP),,

multipropsitos (para medir

directamente la solucin con

suspensin, muestras slidas y

biolgicas), acoplado a

masas,etc..

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Diferentes tipos de espectrofotmetros

MCI MCI

MCI

Para medir Luz Visible Para medir Luz Visible y U.V.

Para medir Luz Visible y U.V.

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Spectronic 20 D Spectrnic 20

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Aplicaciones Estndar con Espectrofotmetro UV Mini

Modo fotomtrico para longitud de onda fija

Con el modo fotomtrico, Ud. puede medir la absorbancia o la transmitancia en lalongitud de onda fija. Anlisis cuantitativo fijo usando el mtodo Factor-K puedetambin ser usado. Resultados son automticamente impresos o son mandados a lapuerta RS-232C. Con varios posicionadores de celda opcionales o con configuracinsipper/auto-muestra, medidas continuas de muestras tambin es posible.

Modo espectro para barrido de longitud de onda

Con ese modo estndar, Ud. puede lograr espectro UV-Visible completo demuestras de 190nm a 1100nm. Barrido repetido le permite a Ud. medirautomticamente cualquier cambio espectral en todo el rango. Tambin disponibleen la configuracin estndar, la funcin de procesamiento de datos espectral comoplotar grfico y deteccin de picos / valles.

Modo cuantificacin para anlisis de longitud simple

Este modo le permite a Ud. preparar curva de calibracin para determinacionesfciles de concentraciones de muestras desconocidas. Estn disponibles modos deuno, dos o tres longitudes de onda. Mtodos cuantitativos posibles de seleccionarincluyendo factor-K, curva de calibracin de un punto o multi-puntos . Ajuste deprimero, segundo o tercero orden tambin son posibles de seleccionar.

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El TU1800/1800S es el ms popular espectofotmetro de P-General. Su ptica adopta el sistema de medicin SPLIT-BEAN con un detector formado por dos fotodiodos de estado slido de alta sensibilidad.

Las operaciones del instrumento estan controladas a travs de un microchip interno en conjunto con una pantalla de cristal lquido (LCD) y un teclado Soft-Touch con salida para impresora. Su compartimiento es para 8 celdas y adems posee una fuente de luz accesible.

El TU1800/1800S efecta mediciones fotomtricas, mediciones espectrales y cuantitativas, es fcilmente operable con caracterstiCAS sobresalientes, Escaneo de longitudes de onda automtico entre 1100-200 nm., chequea automticamente la linea de base.

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Las muestras no deben tener burbujas, encontrarse turbias o con precipitados.

El volumen de la muestra en la cubeta, no debe ser excesivo para evitar que se desborde, en caso de que sucediera, se debe limpiar con un pao limpio o papel absorbente suave, para evitar rayarla.

La cubeta se sujeta por los lados opacos. La cantidad a adicionar es, mximo, hasta partes

de la cubeta No se deben derramar lquidos, sobre todo

solventes, cidos o lcalis; dentro del contenedor de la cubeta, se puede daar parte del mecanismo

Se debe mantener, el espectrofotmetro, limpio y libre de humedad

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