ESPECTROFOTOMETRIA DEFINITIVA 2013
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La distancia entre dos picos (o dos valles) de una onda se llama longitud de onda (λ = lambda).
λ
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.
MM 2013
Cuanto más larga la longitud de onda de la luz visibletanto más rojo el color.
Asimismo las longitudes de onda corta están en la zona violeta del espectro.
MM 2012
La luz blanca está 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
¿Cómo se puede medir la radiación que emiten o absorben los cuerpos?.
• Un aparato capaz de obtener el espectro de una radiación, es decir, de separar la radiación en sus componentes, se llama un espectroscopio.
•Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un espectrógrafo, y
•Si es capaz de medirla diremos que se trata de un espectrómetro.
•Cuando es capaz de medir también la intensidad de la radiación, se llama espectrofotómetro.
MM 2012
COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCÓPICOS
Los instrumentos usados para estudiar la absorción o la emisión de la radiación
electromagnética en función de la λ son conocidos como ESPECTROFOTÓMETROS y
constan de 5 elementos básicos :
1. Fuente estable de energía radiante.
2. Dispositivo que aísle una determinada región del espectro.
3. Recipiente transparente a la radiación para contener la muestra.
4. Detector de radiación que convierte a la energía radiante en una señal de medida.
5. Indicador de señal : sistema de procesamiento y lectura de la señal
1º Fuente de luz
La misma ilumina la muestra. Debe
cumplir con las condiciones de
estabilidad, direccionabilidad,
distribución de energía espectral
continua y larga vida. Las fuentes
empleadas son lámpara de tungsteno y
lámpara de arco de xenón.
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FUENTES DE
RADIACIÓN Y
DETECTORES
En la Figura se
resumen los
diferentes
sistemas de
detección de la
señal así como las
fuentes usadas en
función de la λ
(región espectral).
CO
NT
INU
AS
UV Visible/IRL
ámp
ara de D
euterio
Arco de Xenón
Lám
para d
e Wo
lframio
1.- FUENTES DE RADIACIÓN
1.- FUENTES DE RADIACIÓN Su misión es la generación de un haz de radiación con suficiente potencia de salida y
estabilidad para que se detecte y se mida con facilidad.
Pueden ser CONTINUAS , que emiten radiación que varia su intensidad en un amplio Δλ y
DISCONTINUAS O DE LÍNEAS, que emiten un número limitado de líneas o bandas de
radiación, cada una de las cuales abarca un limitado Δλ.
FUENTES USADAS EN ESPECTROSCOPÍA
FUENTE Δλ (nm) TIPO DE ESPECTROSCOPIA
CONTINUAS
Lámpara de Xenón 250-600 Fluorescencia molecular y Raman
Lámpara de
Hidrogeno/Deuterio160-380 Absorción molecular (UV)
Lámpara de Wolframio 350-2200 Absorción molecular (Visible/IR cercano)
Lámpara de
Wolframio/Halógeno240-2500
Absorción molecular (UV/Visible/IR
cercano)
Lámpara de Nicrom 750-20000 Absorción molecular (IR)
Lámpara de Nernst 400-20000 Absorción molecular (IR)
Fuente Globar 1200-40000 Absorción molecular (IR)
DE LINEAS
Lámpara de Cátodo hueco UV-Visible Absorción y fluorescencia atómica
Lámpara de descarga sin
electrodosUV-Visible Absorción y fluorescencia atómica
Lámpara de vapor
metálicoUV-Visible
Absorción atómica, Fluorescencia molecular
y Raman
Lámpara LASER UV-Visible-IRAbsorción molecular , Fluorescencia
molecular y Raman
2.- Monocromador
Para obtener luz monocromática, constituído por las rendijas
de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersión.
El monocromador aísla 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 señal en forma simultánea en
16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto
reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes móvils del
equipo.
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MONOCROMADORESDispersan la radiación separando espacialmente las distintas λ de la luz policromáticaproporcionando bandas de anchura pequeña. Varían de forma continua y en un amplio Δλ y almismo tiempo aíslan una pequeña banda de la luz policromática.COMPONENTES:
1. Rendija de entrada
2. Lente colimadora o espejo cóncavo que produce un haz paralelo de radiación
3. Elemento que dispersa la radiación 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 ESPECTROSCÓPICOS
MATERIALES
DE LOS
COMPONENTES
OPTICOS
En la Figura se
muestran que tipo
de material se
emplea en función
de la λ (región
espectral) para
cubetas , ventanas,
lentes, prismas y
selectores de λ.
RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS Todos los métodos espectroscópicos , excepto los atómicos emplean un recipiente que
contenga a la muestra.
Reciben el nombre de celda o cubeta y se fabrican de :
plástico o vidrio (para la región Visible)
sílice fundido (cuarzo) (para la región 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 región del IR
La longitud mas común 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 través de las
cuales pasa el flujo de muestra.
TEMA 3.- COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCÓPICOS
RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS
TEMA 3.- COMPONENTES DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROSCÓPICOS
Cubeta: disolución de medida
Refrigerante: baño termostático ,
Peltier cooler
Portacubetas
Se asume que el tubo, celda o “cubeta” en la cual
se vierte la solución a leer no debe desviar la
trayectoria de la luz como requisito para el
cumplimiento de la ley de Beer
MM 2012
Como el cuarzo aparte de ser muy transparente presenta uncomportamiento constante ante la variación de la longitud deonda es común que las celdas del espectrofotómetro ocolorímetro sean de este material .
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RELACIÓN ENTRE ABSORBANCIA Y CONCENTRACIÓN: LEY DE BEER
Ley de Lambert-Beer: muestra cómo la absorbancia es
directamente proporcional a la longitud b de la trayectoria a través de
la solución y a la concentración c del analito o especie absorbente.
cbaA ·· cbA ··
a: cte de proporcionalidad llamada absortividad. (unidades L·cm-1·g-1, si c=g/L)
b: longitud del camino que recorre la radiación a través del medio absorbente.
c: concentración expresada en g/L (mg/L, ...) Cuando en la ecuación laconcentración viene expresada en mol/L, la cte de proporcionalidad se denominaabsortividad molar y se representa por (unidades L·cm-1·mol-1. )
-Disoluciones que contienen más de una clase de especiesabsorbentes:
A = A1 + A2 + .... + An
Como 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 = concentración.(número de partículas por
cm3)
I
a = absortividad
Cuando un rayo de luz monocromática con una intensidad I0
pasa a través de una solución, parte de la luz es absorbida resultando que la luz emergente I es menor que I0
b
a
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TRANSMITANCIA
Transmitancia: fracción deradiación incidente transmitidapor la disolución.
O
T
P
PT
ABSORBANCIA
La absorbancia de una disolución aumenta a medida queaumenta la atenuación del haz.
T
O
P
PTA loglog
PT potencia del haz de radiación transmitida.MM 2012
Cada compuesto (de complejo a simple) presenta un espectro deabsorción característico
Las longitudes de onda con mayor absorción (picos) corresponderánde forma general a aquellas con las que se leerá la muestra paradeterminar su concentración
La relación entre la absorbancia por una sustancia a una l
determinada y su concentración es directamente proporcional es decir:a mayor concentración mayor proporción de luz absorbida.
Absorbancia
Conc.
l
Absorbancia
l
Absorbancia
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8.4.- LIMITACIONES DE APLICABILIDAD DE LA LEY DE BEER
A) Limitaciones reales de la ley
B) Limitaciones Químicas
C) Limitaciones Instrumentales
La proporcionalidad directa entre absorbancia yconcentración cuando b es cte presenta desviaciones:
La atenuación de una radiación es cuantitativamenteproporcional a ala concentración 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 concentración elevada (c > 0.01 M) dan malos resultados.
-La absortividad a y la absortividad molar dependen del índice derefracción de la muestra.
B) Limitaciones Químicas
Se produce cuando el analito se disocia, asocia o reacciona con eldisolvente para dar productos que presentan propiedades deabsorción 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 sólo se observa pararadiaciones monocromáticas (radiación formada por una solalongitud de onda) y éstas en la práctica no se consiguen, ya quecon los dispositivos disponibles (filtros, monocromadores) seobtienen una banda de longitudes de onda más o menossimétrica entorno a la deseada.
Otra desviación: Presencia de radiación parásita o dispersa.
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8.6.- ESPECIES ABSORBENTES
A) Absorción por compuestos orgánicos
Dos tipos de e- son responsables de que las moléculas absorban radiaciónUV-Vis:
- e- compartidos que participan directamente en la formación de enlaces yque están asociados a más de un átomo.
- e- externos no compartidos, localizados preferentemente entorno aátomos como O, S, N y halógenos.(e situados en orbitales no enlazantesn)
l a la que absorbe una molécula depende de la fuerza con queretiene a sus distintos e-.
Enlaces sencillos C-C o C-H: l de la región del UV de vacío (l<180 nm)
Enlaces dobles o triples: l de la región del UV
Compuestos orgánicos que contienen S, Br y I: absorben en la región UV
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ESPECIES ABSORBENTES
A) Absorción por compuestos orgánicos con grupos cromóforos
n orbitales no enlazantes presentes en compuestos con heteroatomos de O, S y
halógenos. MM 2012
8.7.- APLICACIONES
CARACTERÍSTICAS DE LOS MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS
- Amplia aplicabilidad.
- Elevada sensibilidad: los límites detección 10-4 a 10-5 M.
- Selectividad de moderada a alta.
- Buena exactitud: errores de concentración 1-5% o incluso menores.
- Facilidad y comodidad en las medidas espectrofotométricas.
- Se prestan a una fácil automatización.
CAMPO DE APLICACIÓN
- Especies absorbentes: compuestos orgánicos que contengan gruposcromóforos y especies inorgánicas como son los metales de transición.
- Especies no absorbentes: los analitos reaccionan con un reactivopara producir un compuesto absorbente.
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Existen en la actualidad
diversos tipos de aparatos con
los mismos principios los hay
mecánicos y digitales; unos
miden solo la luz visible, otros
son más precisos y miden
también luz U.V. , Infrarroja, de
absorción atómica (AA),
flurescencia de rayos-X de
emisión de plasma (ICP),,
multipropósitos (para medir
directamente la solución con
suspensión, muestras sólidas y
biológicas), acoplado a
masas,etc..
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Diferentes tipos de espectrofotómetros
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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Aplicaciones Estándar con Espectrofotómetro UV Mini
Modo fotométrico para longitud de onda fija
Con el modo fotométrico, Ud. puede medir la absorbancia o la transmitancia en lalongitud de onda fija. Análisis cuantitativo fijo usando el método Factor-K puedetambién ser usado. Resultados son automáticamente impresos o son mandados a lapuerta RS-232C. Con varios posicionadores de celda opcionales o con configuraciónsipper/auto-muestra, medidas continuas de muestras también es posible.
Modo espectro para barrido de longitud de onda
Con ese modo estándar, Ud. puede lograr espectro UV-Visible completo demuestras de 190nm a 1100nm. Barrido repetido le permite a Ud. medirautomáticamente cualquier cambio espectral en todo el rango. También disponibleen la configuración estándar, la función de procesamiento de datos espectral comoplotar gráfico y detección de picos / valles.
Modo cuantificación para análisis de longitud simple
Este modo le permite a Ud. preparar curva de calibración para determinacionesfáciles de concentraciones de muestras desconocidas. Están disponibles modos deuno, dos o tres longitudes de onda. Métodos cuantitativos posibles de seleccionarincluyendo factor-K, curva de calibración de un punto o multi-puntos . Ajuste deprimero, segundo o tercero orden también son posibles de seleccionar.
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El TU1800/1800S es el más popular espectofotómetro de P-General. Su óptica adopta el sistema de medición SPLIT-BEAN con un detector formado por dos fotodiodos de estado sólido de alta sensibilidad.
Las operaciones del instrumento estan controladas a través de un microchip interno en conjunto con una pantalla de cristal líquido (LCD) y un teclado Soft-Touch con salida para impresora. Su compartimiento es para 8 celdas y además posee una fuente de luz accesible.
El TU1800/1800S efectúa mediciones fotométricas, mediciones espectrales y cuantitativas, es fácilmente operable con característiCAS sobresalientes, Escaneo de longitudes de onda automático entre 1100-200 nm., chequea automáticamente 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 paño limpio o papel absorbente suave, para evitar rayarla.
La cubeta se sujeta por los lados opacos. La cantidad a adicionar es, máximo, hasta ¾ partes
de la cubeta No se deben derramar líquidos, sobre todo
solventes, ácidos o álcalis; dentro del contenedor de la cubeta, se puede dañar parte del mecanismo
Se debe mantener, el espectrofotómetro, limpio y libre de humedad
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