ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN UV - VISIBLE Q.F. ALEX SILVA ARAUJO
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- Ramón Cabrera Romero
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1 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN UV - VISIBLE Q.F. ALEX SILVA ARAUJO
2 TÉRMINOS EMPLEADOS EN ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN Transmitancia (T): Es la fracción de radiación incidente transmitida por la solución. A menudo se expresa como porcentaje: Absorbancia (A): Viene definida por la ecuación: Obsérvese que a diferencia de la transmitancia, la absorbancia de una solución aumenta cuanto mayor es la atenuación del haz. Obsérvese que cuando no hay absorción de radiación, P = Po y entonces, A = 0, mientras que si se absorbe el 99 %, solo se transmite el 1%, con lo que A = 2. Fig. Nº 01: Absorción de radiación
3 TÉRMINOS EMPLEADOS EN ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN Absortividad y absortividad molar: La absortividad es una propiedad característica de la sustancia absorbente y depende de la longitud de onda. La absorbancia es directamente proporcional a la longitud b (cm) de la trayectoria a través de la solución, y a la concentración c (g/l) de la especie absorbente y se expresa como: A = abc Donde: a = constante de proporcionalidad denominada absortividad Cuando la concentración c se expresa en moles por litro, y la longitud b de la cubeta en centímetros, la absortividad se denomina absortividad molar y se representa como: de Beer: Es fundamental en análisis cuantitativo A = εbc Ley al relacionar la absorbancia con la concentración.
4 DESVIACIONES DE LA LEY DE BEER: La proporcionalidad entre la absorbancia y la concentración únicamente se cumple para disoluciones muy diluidas, observándose desviaciones más o menos acusadas al aumentar la concentración.
5 Pérdidas por reflexión y dispersión en las mediciones de Absorbancia y Transmitancia
6 INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES DE ABSORCIÓN Componentes de los instrumentos Los instrumentos para medir la absorción de la radiación UV, Vis e IR cercano constan de uno o más: 1. Fuentes 2. Selectores de longitud de onda 3. Recipientes de muestra 4. Detectores de radiación 5. Sistemas de procesamiento y dispositivos de lectura de las señales Fuente de lámpara o sólido incandescente Cubeta de la muestra Selector de longitudes de onda Detector fotoeléctrico Sistema de tratamiento y lectura de señales Es importante considerar aquí las características de las fuentes y los recipientes de muestra para la región entre 185 y 3000nm.
7 FUENTES Con el fin de realizar mediciones de la absorción molecular, se necesita una fuente continua cuya potencia no varíe bruscamente en un intervalo considerable de longitudes de onda. Lámparas de deuterio e hidrógeno: La excitación eléctrica de deuterio o hidrógeno a baja presión produce un espectro continuo en la región ultravioleta. El deuterio origina una bola de radiación (de 1 a 1,5 mm de diámetro), mayor y más intensa que la del hidrógeno, por ello su mayor utilización. Tanto la lámpara de deuterio como la de hidrógeno dan lugar a un espectro continuo utilizable en la región de 160 a 375nm. Puesto que el vidrio absorbe fuertemente a longitudes de onda menores de 350nm, las lámparas de deuterio e hidrógeno deben utilizar cubetas de cuarzo. (a) Lámpara de deuterio (b) Espectro de emisión de una lámpara de deuterio
8 FUENTES Lámparas de filamento de tungsteno: Es la fuente más común de radiación en la región del visible y el infrarrojo cercano. Es útil para la región de longitud de onda entre 350 y 2500nm. El límite inferior esta impuesto por la cubierta de vidrio que aloja al filamento. Las lámparas de tungsteno / halógeno contienen una pequeña cantidad de yodo dentro de la cubierta de cuarzo que aloja al filamento de tungsteno, su vida media es más del doble que el de una lámpara ordinaria. (a) Lámpara de tungsteno / halógeno Las lámparas de tungsteno / halógeno son bastante más (b) Espectro de emisión de una eficientes y es por ello que se emplean en muchos lámpara de tungsteno / halógeno instrumentos espectroscópicos modernos.
9 FUENTES Lámparas de arco de xenón: Produce una intensa radiación al pasar una corriente a través de una atmósfera de xenón. El espectro es continuo en el intervalo entre 250 y 600 nm, con la intensidad del pico máximo a 500 nm. En algunos instrumentos funciona de forma intermitente obteniéndose intensidades de radiación elevadas (a) Lámpara de arco de xenón (b) Espectro de emisión de una lámpara de arco de xenón
10 RECIPIENTES PARA LA MUESTRA Al igual que los demás elementos ópticos de un instrumento de absorción, las celdas o cubetas, que contienen la muestra y el disolvente, deben ser fabricadas con un material a través del cual pase la radiación de la región espectral de interés. Así, para trabajar en la región UV se necesita cuarzo o sílice fundida. Para trabajar en la región entre 350 y 2000 nm (Visible e IR cercano) se pueden usar vidrios de silicato. Los recipientes de plástico también pueden usarse para la región del visible. Las mejores cubetas tienen ventanas que son perfectamente perpendiculares a la dirección del haz para así minimizar las pérdidas por reflexión. Para los trabajos en las regiones UV y Vis; la longitud más común de la cubeta es 1cm. La calidad de los datos de absorbancia depende de manera crítica de la forma en que usen y se mantengan las cubetas.
11 RECIPIENTES PARA LA MUESTRA Las celdas o cubetas, que contienen la muestra y el disolvente, deben ser fabricadas con un material a través del cual pase la radiación de la región espectral de interés. Así, para trabajar en la región UV se necesita cuarzo o sílice fundida. Para trabajar en la región entre 350 y 2000 nm (Visible e IR cercano) se pueden usar vidrios de silicato. Los recipientes de plástico también pueden usarse para la región del visible. Las mejores cubetas tienen ventanas que son perfectamente perpendiculares a la dirección del haz para así minimizar las pérdidas por reflexión. Para los trabajos en las regiones UV y Vis; la longitud más común de la cubeta es 1cm. La calidad de los datos de absorbancia depende de manera crítica de la forma en que usen y se mantengan las cubetas. Diferentes tipos de recipientes para muestras, utilizados en espectroscopia de absorción molecular.
12 SELECTORES DE LONGITUD DE ONDA Selectores de longitud de onda utilizados en Espectroscopia de Absorción Molecular: Filtro de interferencia y monocromador de red
13 DETECTORES DE RADIACIÓN Los detectores usados en espectrofotometría ultravioleta y visible son transductores que convierten la energía radiante en una señal eléctrica Detectores de radiación utilizados en Espectroscopia de Absorción Molecular: Fototubo, diodo de silicio, tubo fotomultiplicador.
14 INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES DE ABSORCIÓN Tipos generales de instrumentos El tipo más sencillo es el instrumento de un solo haz. Instrumentos de doble haz Instrumentos de series de diodos Algunos instrumentos característicos FOTÓMETRO: Cualquier dispositivo usado para medir la intensidad de radiación. Para el visible, tipo sonda, de selección de filtro. ESPECTROFOTÓMETRO: Instrumento más sofisticado que posee un monocromador en lugar de filtros. Además el sistema de detección normalmente es un fotomultiplicador, más sensible que una fotocélula. Para la región visible, de un solo haz para las regiones UV y Vis, de un solo haz controlados por ordenador, de doble haz, de doble dispersión, multicanal. COLORIMETRO: Instrumento muy simple que compara, usando el ojo humano como detector, el color de la sustancia problema con el de una disolución patrón.
15 Diseños comunes de instrumentos para mediciones de absorción UV / Vis / IR. (a) De un solo haz. (b) De doble haz.
16 Fotómetro de un solo haz y de doble haz Fotómetro tipo sonda
17 (a) Spectronic 20 (b) Spectronic 20 Genesys (c) Spectronic Genesys 10 Diagrama óptico del Espectrofotómetro Spectronic 20
18 Esquema de un Espectrofotómetro Turner modelo 350 Esquema de un típico espectrofotómetro manual de doble haz para la región UV / Vis, modelo Hitachi
19 Esquema de un espectrofotómetro de doble haz con registrador para las regiones ultravioleta y visible, Perkin Elmer serie 57 Esquema de un espectrofotómetro de doble dispersión
20 Esquema de un espectrofotómetro multicanal de series de diodos
21 ANALISIS CUANTITATIVO MEDIANTE MEDIDAS DE ABSORCIÓN La espectroscopia de absorción es una de las herramientas más útiles y ampliamente utilizadas en el análisis químico cuantitativo. Las características importantes de los métodos espectrofotométricos y fotométricos incluyen: Amplia aplicabilidad (sistemas orgánicos e inorgánicos) Gran sensibilidad De moderada a alta selectividad Buena precisión Fácil y adecuada adquisición de datos.
22 ANALISIS CUANTITATIVO MEDIANTE MEDIDAS DE ABSORCIÓN Campo de aplicación Las aplicaciones de los métodos cuantitativos de absorción UV/Vis son numerosas y abarcan todos los campos en los que se demanda información química cuantitativa. Por ejemplo se ha estimado que en el campo sanitario el 95% de las determinaciones cuantitativas se lleva a cabo por espectrofotometría UV/Vis. Detalles del procedimiento Las primeras etapas de un análisis fotométrico o espectrofotométrico implican el establecimiento de las condiciones de trabajo: * Selección de la longitud de onda (pico de absorción) * Variables que influyen en la absorbancia (naturaleza del disolvente, ph de la disolución, temperatura y presencia de sustancias interferentes) * Limpieza y manipulación de las cubetas * Determinación de la relación entre la absorbancia y la concentración
23 No hay que confundir nunca el conocimiento con la sabiduría. El primero nos sirve para ganarnos la vida; la sabiduría nos ayuda a vivir Sorcha Carey
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