Qué es espectrofotometría?

Transcripción

1 espectrofotometría

2 Qué es espectrofotometría? Método de ánalisis físico-químico, que permite determinar la concentración de un analito, en función a la cantidad de energía radiante absorbida o emitida. VENTAJAS: Rápido Sencillo Exacto Versátil Energía electromagnética Naturaleza dual Onda Partícula

3 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Propiedades de partícula (fotón) E hv E hc 1 C E h E h CttePlanck v Frecuencia Propiedades ondulatorias (onda) (6, erg seg)

4 Onda: perturbación periódica que se transmite a través de un medio o del vacío. A(x,0) A(0,t) A 0 1/n x t A 0 = Amplitud = longitud de onda (L) 1/n=t= periodo (T) n= frecuencia (T -1 ) s -1 = Herz; Hz C = velocidad de propagación (depende del medio) C n t

5 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Tipo de cambio Cuántico Cambio de configuración nuclear Cambio de distribución de los electrones Cambio de Configuración Cambio de Orientación Cambio de espín or Longitud de Onda 100 pm 10 nm 1000 nm 100 um 1 cm 100 cm 10 m Frecuencia, Hz Energía j/mol 3 x x x x x x x Tipo de Rayos g Rayos X Ultravioleta Infrarrojo Microondas Ondas de radio Espectroscopia y Visible 5

6 Espectro Electromagnético

7 Espectro Visible

8 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO mayor frecuencia Espectro Visible menor frecuencia longitud de onda (nm) Amarillo - verdoso Amarillo Naranja Rojo Púrpura Violeta Azul Azul - verde Verde - azul Absorción total: se ve negro Reflexión total: se ve blanco

9 Interacción de la luz con la materia Haz incidente (Io) Absorción Haz emergente (I) Absorbancia: A = log Io / I

10 ABSORCIÓN Y EMISIÓN Edo. Excitado (E2) Edo. Basal (E1) Transición de 1 electrón a nivel de mayor energía. Cambio en el modo de vibración de la molécula. Cambio en el modo de Rotación de la molécula. E h. v E1 E 2 Calor. Cambios químicos disociación. Emisión de Rad. de ondas más largas (fluorescencia o fosforescencia).

11 Ley de lambert - beer Capa infinitesimalmente delgada de una muestra de grosor ds, que es atravesada por un haz de radiación monocromática. I 0 ds b I di I K. dn

12 ,0 23 c b S N ) / 1000( ) / ( ) ( ) ( ) / ( ,303 log L cm L mol c cm b cm S mol part K I I c b A I I 0 log I I N dn K I di 0 0 N K I I Ln 0 dn K I di Ley de lambert - beer

13 Ley de lambert - beer A = ε. b. c ε = Absortividad molar (L. cm -1. mol -1 ) b = Espesor (cm) c = Concentración (mol. L -1 ) A = a. b. c a = Absortividad (cm -1. conc. -1 ) b = Espesor (cm) c = Concentración (unidades diferentes a mol. L -1 )

14 RELACIÓN ENTRE ABSORBANCIA Y TRANSMITANCIA La transmitancia (T) se define como: T = I Io T (%) = I x 100 Io Si la absorbancia (A): A = log Io I ; entonces: A = log 1 T A = log 100 %T A = log 100 log %T A = 2 log %T

15 REPRESENTACIÓN LEY DE LAMBERT-BEER A = ε. b. c

16 LIMITACIONES LEY DE LAMBERT-BEER Esta ley solo se cumple a concentraciones bajas del analito, por lo general por debajo de 0,01 M. Se cumple cuando se emplea radiación monocromática. ε depende del índice de refracción(η). Por lo tanto si hay cambios considerables de η en una solución se observaran desviaciones.

17 DESVIACIONES LEY DE LAMBERT-BEER

18 DESVIACIONES LEY DE LAMBERT-BEER a) REALES b) INSTRUMENTALES Radiación policromática Radiación parásita Errores de lectura c) QUÍMICAS Influencia del equilibrio (dimerizaciones, ácido-base, complejos) Influencia del disolvente Influencia de la temperatura Impurezas de los reactivos Interacción entre especies absorbentes d)personales

19 DESVIACIONES REALES La Ley de Lambert-Beer es válida para bajas concentraciones de analito: Pérdida de la independencia en el comportamiento de cada partícula de analito (< distancia entre moléculas) La absortividad (a) y la absortividad molar (ε) se ven afectadas por cambios en el índice de refracción

20 DESVIACIONES INSTRUMENTALES Uso de radiación no monocromática: Afecta el valor de absortividad molar Se debe aislar una banda de longitudes de onda cercana a la longitud de onda donde A sea máx. y ε varíe muy poco

21 DESVIACIONES INSTRUMENTALES Presencia de radiación parásita: Dispersión y reflexión de los componentes ópticos Tiene una λ diferente Errores de lectura: Los errores indeterminados en la lectura de la absorbancia o transmitancia siempre están presentes

22 DESVIACIONES QUÍMICAS Influencia del equilibrio: Cuando la sustancia problema forma parte de un sistema en equilibrio con otras especies, el desplazamiento del equilibrio implica una modificación en la concentración, y, en consecuencia, en la absorbancia Influencia del disolvente: Desplazamientos espectrales, ensanchamiento de bandas, entre otros fenómenos Influencia de la temperatura Interacción entre especies absorbentes

23 ERROR FOTOMÉTRICO

24 espectrofotómetro Cubeta Monocromador Detector Rejilla de salida Fuente Rejilla de entrada Prisma de dispersión

25 espectrofotómetro a) FUENTE DE RADIACIÓN: Suministrar un haz de radiación con la suficiente potencia Proporcionar energía de intensidad constante Estable, continua y de vida media larga Fuentes de radiación más comunes: de filamento de wolframio, de descarga de hidrógeno, de filamento de Nerst.

26 espectrofotómetro b) REGULADOR DE INTENSIDAD: La intensidad de la radiación incidente se regula mediante el uso de diafragmas o rendijas c) SELECTOR DE λ: Dispersan la radiación en sus longitudes de onda y la aisla en bandas muy estrechas Existen tres tipos: de filtro, monocromador de prisma y monocromador de rejilla

27 espectrofotómetro d) CELDA ó CUBETA: Material transparente a la radiación Pueden ser cilíndricas o rectangulares, generalmente su espesor es de 1 cm. e) DETECTOR: Convierte la energía radiante en energía eléctrica, que luego debe ser medida Los más utilizados para la región visible y UV son: células fotoválticas y fotoeléctricas (fototubo)

28 Radiación Fuente de energía Selector de λ Celda Detector de radiación Ultra Violeta ( nm) Lámpara de descarga de Hidrógeno o Deuterio Prisma de cuarzo, Red de difracción Cuarzo, Sílice fundido Fototubo Visible ( nm) Lámpara de filamento de Wolframio o Tungsteno Red de difracción, Filtros Vidrio, Plástico Fototubo, Célula fotovoltaica IR ( nm) Lámpara globar o filamento de Nernst Prismas NaCl, KBr, LiF, CaF 2 NaCl, KBr, CaF 2, LiF Termolpila Balómetro

29 PASOS PARA UN ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO 1.- Preparación de soluciones patrón A partir de solución madre que contiene el analito 2.- Construir espectro de absorción Se mide la absorbancia de una solución patrón de concentración intermedia a diferentes λ Se grafica la absorbancia en función de la λ A optimo

30 ESPECTRO DE ABSORCIÓN A óptima (nm)

31 PASOS PARA UN ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO 3.- Construir curva estándar Se mide la absorbancia para la serie de soluciones patrón, a la λ óptima Se grafica Absorbancia vs. Concentración A C

32 CURVA ESTÁNDAR

33 CURVA ESTÁNDAR Permite comprobar la Ley de Lambert-Beer La recta debe pasar por el origen Permite determinar la concentración de una solución problema No se puede extrapolar

34 PASOS PARA UN ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO 4.- Analizar solución problema Se mide la absorbancia de la solución problema a la λ óptima Se determina la concentración por interpolación A C? C

35 IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO EN AGRONOMÍA Fertilizantes: -Fósforo soluble en agua -Fósforo insoluble en agua y en citrato de amonio -Fósforo total Insecticidas -Residuos de paratión En frutos y vegetales -Pectina -Carotenoides y carotenos -Almidón -Taninos -Clorofila -Acido ascórbico -Glucosa, fructosa y sacarosa -Otros.