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espectrofotometría

¿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.

Energía electromagnética

VENTAJAS:

Rápido Sencillo Exacto Versátil

Naturaleza dual

Onda Partícula

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

ChE vhE

1 ChE E

Propiedades de partícula (fotón)

Frecuenciav

segergCttePlanckh

)1062,6( 27

Propiedades ondulatorias (onda)

Onda: perturbación periódica que se transmite a través de un

medio o del vacío.

A(x,0) A(0,t)

A0

x

t

1/n

A0 = Amplitud

= longitud de onda (L)

1/n=t= periodo (T)

n= frecuencia (T-1)

s-1 = Herz; Hz

nt

C

C = velocidad de

propagación

(depende del medio)

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Tipo de Rayos g Rayos X Ultravioleta Infrarrojo Microondas Ondas de radio

Espectroscopia y Visible

Frecuencia, Hz

Energía

j/mol

Longitud

de Onda 100 pm 10 nm 1000 nm 100 um 1 cm 100 cm 10 m

3 x 1018 3 x 1016 3 x 1014 3 x 1012 3 x 1010 3 x 108 3 x 106

109 107 105 103 10 10-1 10-3

Cambio de

configuración

nuclear

or

Tipo de cambio

Cuántico

Cambio de distribución

de los electrones

Cambio de

Configuración

Cambio de

Orientación Cambio de espín

5

Espectro Electromagnético

Espectro Visible

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Espectro Visible mayor

frecuencia

menor

frecuencia

longitud de onda (nm)

400 - 435 Amarillo - verdoso

435 - 480 Amarillo

480 - 490 Naranja

490 – 500 Rojo

500 – 560 Púrpura

560 – 580 Violeta

580 – 595 Azul

595 - 650 Azul - verde

595 – 750 Verde - azul

Absorción total: se ve negro

Reflexión total: se ve blanco

Interacción de la luz

con la materia

Absorción Haz incidente (Io)

Haz emergente (I)

Absorbancia: A = log Io / I

ABSORCIÓN Y EMISIÓN

•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.

•Calor. •Cambios químicos disociación. •Emisión de Rad. de ondas más largas (fluorescencia o fosforescencia).

vhE .

Edo. Excitado (E2)

Edo. Basal (E1)

21 EE

Ley de lambert - beer

Capa infinitesimalmente delgada de una muestra de grosor “ds”,

que es atravesada por un haz de radiación monocromática.

b ds

I0

I

dnKI

dI.

1000100,6 23 c

bSN

)/(1000

)/()()()/(106

303,2log

3

2230

Lcm

LmolccmbcmSmolpart

K

I

I

cbAI

I 0log

I

I

N

dNKI

dI

0 0

NKI

ILn

0

dNKI

dI

Ley de lambert - beer

Ley de lambert - beer

ε = Absortividad molar (L . cm-1. mol-1)

A = ε . b. c

b = Espesor (cm)

c = Concentración (mol . L-1)

a = Absortividad (cm-1. conc.-1)

A = a . b. c

b = Espesor (cm)

c = Concentración (unidades diferentes a mol . L-1)

RELACIÓN ENTRE

ABSORBANCIA Y TRANSMITANCIA

La transmitancia (T) se define como:

Si la absorbancia (A):

A = log Io I

; entonces: A = log 1 T

A = log 100 %T

T = I Io

T (%) = I x 100 Io

A = log 100 – log %T

A = 2 – log %T

REPRESENTACIÓN

LEY DE LAMBERT-BEER

A = ε . b. c

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.

DESVIACIONES

LEY DE LAMBERT-BEER

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

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

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

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

DESVIACIONES QUÍMICAS

• Influencia del equilibrio:

Desplazamientos espectrales, ensanchamiento

de bandas, entre otros fenómenos

• Influencia de la temperatura

• Interacción entre especies absorbentes

• Influencia del disolvente:

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

ERROR FOTOMÉTRICO

espectrofotómetro

Fuente Rejilla de entrada

Prisma de dispersión

Rejilla de salida

Monocromador

Cubeta

Detector

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.

espectrofotómetro

b) REGULADOR DE INTENSIDAD:

La intensidad de la radiación incidente se regula

mediante el uso de diafragmas o rendijas

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

c) SELECTOR DE λ:

espectrofotómetro

d) CELDA ó CUBETA:

Material transparente a la

radiación

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)

e) DETECTOR:

Pueden ser cilíndricas o

rectangulares, generalmente

su espesor es de 1 cm.

Radiación Fuente de energía

Selector de λ

Celda Detector de

radiación

Ultra

Violeta

(160-350nm)

Lámpara de descarga de Hidrógeno o Deuterio

Prisma de cuarzo,

Red de difracción

Cuarzo,

Sílice fundido

Fototubo

Visible

(380-780nm)

Lámpara de filamento de Wolframio o Tungsteno

Red de difracción,

Filtros

Vidrio,

Plástico

Fototubo,

Célula fotovoltaica

IR

(780-105nm)

Lámpara globar o filamento de Nernst

Prismas

NaCl, KBr,

LiF, CaF2

NaCl, KBr,

CaF2, LiF

Termolpila

Balómetro

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

ESPECTRO DE ABSORCIÓN

(nm)

óptima

A

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

CURVA ESTÁNDAR

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

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 ?

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.