Espectroscopía Clase integradora

Transcripción

1 Espectroscopía Clase integradora

2 Qué es la espectroscopía? La espectroscopia es el estudio de la INTERACCIÓN entre la materia y energía radiante, por ejemplo, radiación electromagnética. Busca relacionar la frecuencia de la radiación con la respuesta o señal medida en diagramas llamados ESPECTROS Identificar cuantificar

3 Cuál es el fundamento de las espectroscopías? Las técnicas que veremos, se basan principalmente en el comportamiento corpuscular de la luz, pero sin dejar de utilizar la características macro de la radiación electromagnética como la frecuencia o la longitud de onda.

4 Cuál es el fundamento de las espectroscopías? Las principales interacciones en que se basan las técnicas espectroscópicas que estudian la materia y su relación con la radiación electromagnética son: Absorción Emisión Resonancia magnética (RMN EPR)

5 Actividades propuestas Analizar cualitativamente espectros de emisión atómica Observar los espectros de emisión de soluciones de cationes metálicos, nebulizadas en la llama. Cuantificar la concentración de iones metálicos Na+ y K+ en una muestra incógnita Analizar cualitativamente y cuantitativamente espectros de absorción de soluciones coloreadas transparentes, y de mezclas Observar espectros de absorción de soluciones coloreadas transparentes en el rango visible. Obtener los espectros de absorción de soluciones acuosas de azul de metileno, de paranitrofenol y de una mezcla 1:1 de ambas soluciones Evidenciar el corrimiento de Stokes en soluciones fluorescentes.

6 Aplicaciones Analizar cualitativamente espectros de emisión atómica Átomos en la Llama Cobalto Litio Cobre Llama Calcio Sodio

7 Emision La espectroscopias de emisión se basan en el estudio del mecanismo de desexcitacion por el que una partícula (átomo o molécula) pasa de un estado de mayor energía a uno de menor energía emitiendo la diferencial de energía en forma de radiación electromagnética energía excitación Des-excitación

8 Cómo se alcanza el estado de mayor energía? Fuentes de excitación de la partícula - calentar el gas a alta temperatura - colocar en una llama los vapores de una sustancia - producir una descarga eléctrica en el interior de un gas - provocar la circulación de una corriente eléctrica en el interior de un gas a baja presión

9 Espectros de Emisión: Tipos Espectros Continuos (Luz natural) Espectros Discontinuos o de Líneas (Emisión Atómica)

10 Cómo se alcanza el estado de mayor energía? Se engloba dentro de la luminiscencia a aquellos eventos de desexcitación mediante la emisión de radiación electromagnética en los cuales las partículas fueron excitadas sin un incremento de temperatura Fotoluminiscencia: la excitación tiene lugar por absorción de fotones Catodoluminiscencia: si el origen es un bombardeo con electrones acelerados. Radioluminiscencia: si el origen es una irradiación con rayos α, β o γ. Quimioluminiscencia: la energía de excitación proviene de una reacción química. Bioluminiscencia: Cuando la quimioluminiscencia tiene lugar en un ser vivo. La fuente de excitación también puede ser mecánica, como en el caso de la Triboluminiscencia (del Griego, tribo = frotar) se produce al liberarse la energía almacenada en ciertas sustancias cristalinas, como azúcar, y como consecuencia de su rotura

11 Emision-atómica Espectro de absorción atómica del hidrógeno Fotómetro de llama Espectro de emisión atómica del hidrógeno Aplicaciones: cuantificación y/o identificación

12 Cuantificar la concentración de iones metálicos Na+ y K+ en una muestra incógnita Uso de la Emisión Atómica La intensidad de las líneas de emisión es proporcional a la concentración I I e e A k A

13 Fotometría de Llama 589 nm Sodio 766 nm Potasio Atomización Excitación Emisión de Luz I e Detector Filtro Análisis Solución Muestra Combustible Comburente

14 Pasos del Proceso Catión en Soluc. Nebulización Evaporación SV Disociación Atomización Excitación Desexcitación Emisión

15 Manos a la obra! Realicemos las experiencias y al finalizar analizaremos los resultados entre todos A medida que realicen las experiencias vayan analizando las preguntas orientadoras de la guía de TP

16 Lectura (Div) Cuantificar la concentración de iones metálicos Na+ y K+ en una muestra incógnita Uso de la Emisión Atómica- analisis de resultados La intensidad de las líneas de emisión es proporcional a la concentración I I e e A k A Curva de calibración para el Sodio Cual fue el rango de trabajo para determinar la muestra incognita? [Na + ] (meq/l)

17 Esquema Absorción Atómica

18 Equipo de Absorción Atómica Líneas de Emisión I 0 Absorción Atomización I t Detector Lámpara Específica del Átomo Análisis Solución Muestra Combustible Comburente

19 Absorbancia Analizar cualitativamente y cuantitativamente espectros de absorción de soluciones coloreadas transparentes, y de mezclas Obtener los espectros de absorción de soluciones acuosas de azul de metileno, de paranitrofenol y de una mezcla 1:1 de ambas soluciones 0,800 Azul de metileno Mezcla 1:1 Paranitrofenol 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0, l (nm)

20 Absorción El fenómeno de absorción ocurre cuando coinciden exactamente la energía de un fotón y la diferencia energética entre dos niveles cuánticos. Diagrama de Jablonski representando gráficamente el fenómeno de fluorescencia. Las líneas gruesas representan estadoso niveles electrónicos. Las líneas delgadas representan estadoso o niveles vibracionales. La energía que hay entre dos líneas está cuantizada, es decir, no es contínua.

21 Absorción Debido a interacciones con un campo electromagnético o con las moléculas del entorno, pueden aparecer líneas adicionales y corrimientos en las líneas de absorción de un espectro.

22 Absorción En las moléculas, de la interacción con el entorno, surgen nuevos niveles energéticos cercanos entre si (vibracionales, rotacionales, etc) que hacen que las líneas de absorción (correspondientes a transiciones electrónicas) se desdoblen en bandas.

23 Absorción En medio líquido o sólido el espectro de abosorción de una molécula es sustancialmente distinta a la de la molécula en fase gaseosa o al espectro de un átomo. Espectro en fase sólida Espectro en cloroformo

24 Esquema tradicional de los equipos de espectroscopia de absorción espectro Absorción It/Io Detección Ley de Lambert y Beer (TP espectrofotometría) Wikimedia commons

25 La espectrsocopía electrónica, la resonancia de espín electrónico, la espectroscopía infrarroja, la espectroscopía de microondas, la espectroscopía magnética nuclear y la UVvisible, son todos tipos de espectrosocopías de absorción.

26 Evidenciar el corrimiento de Stokes en soluciones fluorescentes. LASER AZUL LASER VERDE

27 Absorbancia Evidenciar el corrimiento de Stokes en soluciones fluorescentes. Espectros de absorción de los fluorocromos utilizados Verde Naranja Fucsia 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Longitud de onda (nm) Cual es la relación entre el color que vemos y el absorbido?

28 Fluorescencia Fosforescencia Emision - moléculas

29 Fluorescencia y Fosforescencia La longitud de onda absorbida es distinta de la emitida

30 Fluorescencia y Fosforescencia

31 Esquema del Fluorómetro La lectura a 90º respecto del la luz incidente aumenta mucho la sensibilidad (10-8 M)

32 Factores que condicionan la fluorescencia λ de Excitación Tiempo de vida del estado excitado Estructura molecular: (transiciones π >π* y n >π*) Factores medioambientales Influencia del disolvente. Influencia del ph temperatura Esquema del espectrofluorómetro