Diapositivas de instrumental

QUIMICAQUIMICA
INSTRUMETAL IIINSTRUMETAL II
Departamento de Biología-QuímicaDepartamento de Biología-Química
Amanda L. Chaparro G.Amanda L. Chaparro G.
2010-I2010-I

Introducción
1. CLASIFICACION DE LOS METODOS
ANALITICOS
2. TIPOS DE METODOS INSTRUMENTALES E
INSTRUMENTOS
3. SELECCION DE UN METODOANALITICO:
CRITERIOS
4. INTRODUCCION A LA ESPECTROSCOPIA

CLASIFICACION DE LOS METODOS
ANALITICOS
METODOS CLASICOS:
– Separación del analito de la muestra:
» Precipitación
» Extracción
» Destilación
– Análisis Cualitativo: Identificación de los componentes de la
muestra
» Color
» Solubilidad
» Olor
» Punto de ebullición o fusión
» Índice de refracción
– Análisis Cuantitativo: Identificación de la cantidad del analito
» Medidas Gravimétricas
» Medidas Volumétricas

CLASIFICACION DE LOS METODOS
ANALITICOS
METODOS INSTRUMENTALES
• Son métodos modernos de separación, cuantificación e
identificación de especies químicas
• Se basan en fenómenos químico-físicos conocidos pero su
aplicación ha ido en paralelo al desarrollo de la electrónica.
– Separación de mezclas complejas
» Cromatografía de gases
» Cromatografía Liquida
» Electroforesis
– Análisis Cualitativo y Cuantitativo: Se utilizan medidas de
propiedades físicas:
» La Conductividad
» El Potencial de electrodo
» La absorción o emisión de la luz
» La relación masa/carga
» La Fluorescencia

Tipos de Métodos
Instrumentales
 Se basan en propiedades físicas que
pueden utilizarse como señales analíticas
en el análisis cualitativo o cuantitativo
 Señales utilizadas en los métodos
instrumentales:

PROPIEDADES METODOS INSTRUMENTALES
Emisión de la Radiación Espectroscopia de emisión (Rayos X, UV, visible, de electrones)
Fluorescencia, Fosforescencia y Luminiscencia (Rayos X, UV y
visible)
Absorción de la radiación Espectrometría y fonometría (Rayos X, UV, visible, IR);
espectroscopia fotoacústica;resonancia magnética nuclear y
espectroscopia de resonancia de espin electrónico.
Dispersión de la Radiación Turbidimetría; nefelometría, espectroscopia Raman
Refracción de la Radiación Refractometría; interferometría
Difracción de la Radiación Método de difracción de rayos X y de electrones
Rotación de la Radiación Polarimetría; dispersión rotatoria óptica; dicroísmo circular
Potencial Eléctrico Potenciometría; Cronopotenciometría
Carga Eléctrica Culombimetría
Corriente Eléctrica Polarografía; amperometría
Resistencia Eléctrica Conductimetría
Masa Gravimetría (microbalanza de cristal de cuarzo)
Razón masa a carga Espectrometría de masas
Velocidad de Reacción Métodos cinéticos
Propiedades Térmicas Gravimetria y volumetria termica; calorimetria de barrido
diferencial; analisis termico diferencial; metodos de
conductividad termica
Radiactividad Metodos de activacion y de dilucion isotopica

VENTAJAS DE LOS METODOS
INSTRUMENTALES
Ahorran tiempo
Requieren menos separaciones
químicas
Son mas sensibles
Son seguros

En el principio, Dios creo el cielo y
la tierra...
Entonces dijo Dios:” Que haya luz”
Y hubo luz. Al ver Dios que la luz
era buena, la separó de la
oscuridad….
(Genesis 1:1-3)

Making the light to work
Fuente de luz
Muestra
Detector

Instrumentos para el
Análisis
 Un instrumento para análisis químico debe:
 convertir la información almacenada en las
características físicas o químicas del analito en
información que puede ser manipulada e interpretada por
el ser humano.
 El instrumento es un dispositivo de comunicación
entre el sistema bajo estudio y el investigador.

Análisis
 Para obtener información del analito es necesario
proveerle un estímulo, generalmente en forma de
energía electromagnética, eléctrica, mecánica o
nuclear.
 El estímulo sobre el sistema bajo estudio genera
una respuesta que aportara información analítica.
(Ej.)

Análisis
ESTIMULO RESPUESTA
Sistema bajo estudioFuente de energía Información analítica

Análisis
 Un instrumento para una análisis químico suele
estar constituido como máximo por cuatro
componentes fundamentales:
 Generador de señales
 Transductor de entrada o detector
 Procesador de señales
 Transductor de salida o dispositivo de lectura

Análisis
Principios de Análisis Instrumental. Skoog-Holler-Nieman. Pg. 4

Análisis

Selección de un método
analítico
 Es esencial definir con claridad la naturaleza
del problema analítico:
1. Que exactitud y precisión se requieren?
2. De cuanta muestra se dispone?
3. Cual es el intervalo de concentración del analito?
4. Que componentes de la muestra interferirán?
5. Cuales son las propiedades físicas y químicas de la
matriz de la muestra?
6. Cuantas muestras deben analizarse?

Parámetros de Calidad
Los parámetros de calidad son las
características numéricas del
instrumento y permiten al químico
reducir el nivel de elección del
método

Criterios numéricos para
seleccionar métodos analíticos
Criterio y Parámetro de calidad
1.Precisión
• Desviación estándar absoluta, desviación estándar relativa,
coeficiente de variación, varianza.
1.Exactitud
• Error absoluto sistemático, error relativo sistemático.
1.Sensibilidad
• Sensibilidad de calibración, sensibilidad analítica.
1.Limite de detección
• Blanco mas de tres veces la desviación estándar de blanco
1.Intervalos de concentración
• Concentración entre el límite de cuantificación (LOQ) y el
límite de linealidad (LOL)
1.Selectividad
• Coeficiente de selectividad

Selección de un método
analítico
Otras características a tener en
cuenta en la elección del método:
1. Velocidad
2. Facilidad y comodidad
3. Habilidad del operador
4. Coste y disponibilidad de equipo
5. Coste por muestra

Precisión:
Concordancia de
datos realizados de
la misma forma.

Exactitud
 Mide el error sistemático, o determinado
de un método analítico.
 Exactitud = μ - xt
 μ es la medida de la población para la
concentración de analito de una muestra
cuya concentración verdadera es xt
 Requiere analizar estándares de referencia

Sensibilidad
• Definición general:
Es la capacidad de un método o instrumento de
discriminar entre pequeñas diferencias en la
concentración del analito.
• Depende de:
1. La pendiente de la curva de calibración.
2. Reproducibilidad o precisión del sistema de
medida.

Sensibilidad
Definición cuantitativa:
– Sensibilidad de calibración (IUPAC):
Pendiente de la curva de calibración del analito de
interés
S = mC + Sbl
• S= Señal analítica
• m= Pendiente de la recta de calibrado
• C= Concertación
• Sbl= Señal promedio del blanco
– Sensibilidad analítica (Mandel & Stiehler):
γ = m/ss
• m= Pendiente de la recta de calibrado
• Ss= Desviación estándar de las medidas

Limite de Detección
1. Definición:
– Concentración o peso mínimo de analito que
puede detectarse para un nivel de confianza
dado.
2. Depende de:
– Relación entre la magnitud de la señal analítica
con el valor de la fluctuaciones estadísticas de
la señal del blanco.

• La mínima señal analítica distinguible Sm se
toma como la suma de la señal media del
blanco Sbl mas un múltiplo k de la desviación
estándar (sbl) del mismo:
Sm = Sbl + ksbl
• Según Kaiser, estadísticamente se
considera que para k=3, el nivel de
confidencia de detección es del 95%.

Sm = Sbl + ksbl
• Experimentalmente, Sm puede determinarse
mediante 20 o 30 medidas del blanco en un
extenso periodo de tiempo.
• El limite de detección es dado como:
Cm= (Sm - Sbl)/m

Intervalo de
Concentración Aplicable
 Intervalo útil de un método analítico: intervalo entre la
concentración mas pequeña con la que pueden realizarse
medidas cuantitativas (LOQ-limit of cuantitation) hasta la
concentración a la que la curva de calibrado se desvía de la
linealidad.(LOL-limit oflinearity).
 El limite inferior se estima como diez veces la desviación
estándar cuando la concentración del analito es cero.
 Para aplicación de un método analítico debe tener un
intervalo de al menos dos ordenes de magnitud.

Intervalo de
Concentración Aplicable

Selectividad
 Es el grado de ausencia de interferencias
debidas a otras especies contenidas en la
matriz de la muestra.
 Consideremos una muestra que contiene un
analito A y dos interferentes potenciales
B, C.
S= mAcA + mBcB + mCcC + Sbl

Selectividad
 Definimos el coeficiente de selectividad de B con
respecto a A como:
KB,A = m B/m A o KcA =mc/m A
S=m A( C A + KB,A C B + Kc, A C C) + Sbl
• Los coeficientes de selectividad pueden variar desde cero (No hay interferencia) hasta valores bastante superiores a uno.
• Un coeficiente es negativo cuando la interferencia causa una reducción en la intensidad de la señal del analito

Calibración de los métodos
instrumentales
Curvas de calibración
Método de las adiciones estándar
Método del estándar interno.

Curva de calibración
 Se requieren varios estándares de
concentraciones conocidas del analito de interés.
 Se requiere un blanco que contenga los
componentes de la muestra original excepto el
analito
 Se representa una gráfica de respuesta del
instrumento vs concentración del analito.( método
de mínimos cuadrados)

Método de las adiciones
estándar
 Se utiliza en muestras complejas donde los efectos de
matriz son importantes.
 Implica añadir uno o mas incrementos de una solución
estándar a una alícuota de muestra.

El valor del volumen en la intersección de la
línea recta con el eje-x es el volumen del
reactivo estándar equivalente a la cantidad de
analito en la muestra.

Método de las adiciones
estándar

The actual concentration of the analyte in any given flask will be given by:
The instrumental response to the analyte will be R = (K)(concentration), so
Now set Csa = CstdVstd/Vflask.

Método del estándar
interno
 Un estándar interno es una sustancia que
se añade a todas las muestras en una
cantidad constante.
 La calibración supone representar la razón
entre la señal del analito y la del estándar
interno como una función de la
concentración del analito.

Método del estándar
interno
 El estándar interno (IS) puede compensar
distintos tipos de errores indeterminados y
sistemáticos.
 Si el IS y el analito responden proporcionalmente
a los errores instrumentales y fluctuaciones del
método, la razón entre las señales es
independiente de las fluctuaciones.
 La mayor dificultad es encontrar un IS adecuado,
con señal reproducible y que genere una señal
similar a la del analito (Ej.)

Espectro electromagnético
 Se denomina espectro electromagnético a la distribución
energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.
 Referido a un objeto se denomina espectro
electromagnético o simplemente espectro a la radiación
electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe
(espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve
para identificar la sustancia de manera análoga a una huella
dactilar. Los espectros se pueden observar mediante
espectroscopios que, además de permitir observar el
espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la
longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la
radiación.

Radiación
Electromagnética
La radiación electromagnética es una onda de
energía que esta compuesta por un campo
magnético y un campo eléctrico. El campo
eléctrico y el campo magnético son
perpendiculares entre ellos a la dirección de
propagación de la onda.

Espectroscopia
La espectroscopia surgió con el estudio de la
interacción entre la radiación y la materia como
función de la longitud de onda (λ). En un principio
se refería al uso de la luz visible dispersada según
su longitud de onda, por ejemplo por un prisma.

Espectroscopia
 Más tarde el concepto se amplió enormemente
para comprender cualquier medida en función de la
longitud de onda o de la frecuencia. Por tanto, la
espectroscopia puede referirse a interacciones
con partículas de radiación o a una respuesta a un
campo alternante o frecuencia variante (ν).
 Una extensión adicional del alcance de la
definición añadió la energía (E) como variable, al
establecerse la relación E=hν para los fotones. Un
gráfico de la respuesta como función de la
longitud de onda (o más comúnmente la
frecuencia) se conoce como espectro.

Espectroscopia
 La espectroscopia es el uso de la absorción,
emisión o dispersión de la radiación
electromagnética por átomos o moléculas (o iones)
para estudiar procesos físicos o para obtener
información cualitativa o cuantitativa de estas
partículas.
 La interacción de la radiación con la materia
puede causar redireccionamiento de la radiación
y/o transiciones entre los niveles de energía de
los átomos o moléculas.

Niveles de Energia
(Energy Levels)

Espectroscopia
• Absorption (Absorcion) :
Transition from a lower level to a higher level with
transfer of energy from the radiation field to the
atom or molecule.
• Emission (Emision) :
Transition from a higher level to a lower level is
called if energy is transfered to the radiation field,
or nonradiative decay if no radiation is emitted.
• Scattering (Dispercion) :
Redirection of light due to its interaction with
matter, and may or may not occur with transfer of
energy

La espectrometría
 Es la técnica espectroscópica para tasar la concentración o
la cantidad de especies determinadas. En estos casos, el
instrumento que realiza tales medidas es un espectrómetro
o espectrógrafo.
 La espectrometría a menudo se usa en física y química
analítica para la identificación de sustancias mediante el
espectro emitido o absorbido por las mismas.
 La espectrometría también se usa mucho en astronomía y
detección remota. La mayoría de los telescopios grandes
tienen espectrómetros, que son usados para medir la
composición química y propiedades físicas de los objetos
astronómicos, o para medir sus velocidades a partir del
efecto Doppler de sus líneas espectrales.

Spectroscopy
Spectroscopy is the use of the absorption,
emission, or scattering of
electromagnetic radiation by atoms or
molecules (or atomic or molecular ions) to
qualitatively or quantitatively study the atoms
or molecules, or to study physical processes.
The interaction of radiation with matter can
cause redirection of the radiation and/or
transitions between the energy levels of the
atoms or molecules.

Espectrometro
• Un espectrómetro (también llamado espectroscopio o
espectrógrafo) es un instrumento óptico que se usa para
medir las propiedades de la luz sobre una porción específica
del espectro electromagnético. También es utilizado en los
laboratorios de química para la cuantificación de sustancias
y microorganismos.

Espectrometro
 Su utilidad es realizar análisis espectroscópicos
para identificar materiales.
 La variable medida es generalmente la intensidad
de la luz, pero también podría ser, por ejemplo, el
estado de polarización.
 La variable independiente es, por lo general, la
longitud de onda de la luz, que suele expresarse
como una fracción de metro, aunque a veces se
expresa como una unidad directamente
proporcional a la energía del fotón, tales como el
número de onda o los voltios de los electrones (que
tiene una relación recíproca a la longitud de onda).

Espectrometro
 Un espectrómetro se usa en espectroscopia para producir
líneas espectrales y medir sus longitudes de onda e
intensidades. Son instrumentos que funcionan en una amplia
variedad de longitudes de onda, desde rayos gamma y rayos X
hasta el infrarrojo lejano. Si la región de interés está
restringida a un rango cercano al espectro visible, el estudio
se llama espectrofotometría.
 En general, cada espectrómetro funcionará sobre una pequeña
porción de este rango total debido a las diferentes técnicas
usadas para medir las distintas porciones del espectro. Por
debajo de las frecuencias ópticas (es decir, en el rango de las
microondas y radiofrecuencias), el analizador de espectro es
un dispositivo electrónico estrechamente relacionado.

Espectrofotómetro
 Hay varios tipos de espectrofotómetros, puede ser de
absorción atómica o espectrofotómetro de masa.
 Este instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de
luz monocromática a través de una muestra y medir la
cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le
permite al operador realizar dos funciones:
 1. Dar información sobre la naturaleza de la sustancia en la
muestra
 2. Indicar indirectamente que cantidad de la sustancia que nos
interesa está presente en la muestra

Componentes de un
espectrofotómetro
Cubetas de espectofotometría. En un primer plano,
dos de cuarzo aptas para el trabajo con luz
ultravioleta; en segundo plano, de plástico, para
colorimetría (es decir, empleando luz visible).

Componentes de un
espectrofotómetro
 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,
lámpara de arco de xenon.kl y lampara de Deuterio (D2).

Componentes de un
espectrofotómetro
 Monocromador:
 El monocromador aísla las radiaciones de longitud de onda
deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto, se usa
para obtener luz monocromática.
 Está constituido por las rendijas de entrada y salida,
colimadores y el elemento de dispersión.
 El colimador se ubica entre la rendija de entrada y salida Es un
lente que lleva el haz de luz que entra con una determinada
longitud de onda hacia un prisma el cual separa todas las
longitudes de onda de ese haz y la longitud deseada se dirige
hacia otra lente que direcciona ese haz hacia la rendija de
salida.

Componentes de un
espectrofotómetro
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 móviles del equipo.

Componentes de un
espectrofotómetro

Métodos espectrométricos
Según la naturaleza de la excitación medida:
El tipo de espectrometría depende de la cantidad física medida.
Normalmente, la cantidad que se mide es una intensidad de energía
absorbida o producida. Se pueden distinguir estos tipos de
espectrometría según la naturaleza de la excitación:
 Electromagnética. Interacciones de la materia con radiación electromagnética
como la luz.
 De electrones. Interacciones con haces de electrones. La espectroscopia
Auger implica inducir el efecto Auger con un haz de electrones. En este caso
la medida implica la energía cinética del electrón como variable.
 De masa. Interacción de especies cargadas con campos magnéticos y/o
eléctricos, dando lugar a un espectro de masas. El término "espectroscopia de
masas" está anticuado, ya que la técnica es principalmente una forma de
medida, aunque produzca realmente un espectro para la observación. Este
espectro tiene la masa (m) como variable, pero la medida es esencialmente de
la energía cinética de la partícula.
 Acústica. Frecuencia de sonido.
 Dieléctrica. Frecuencia de un campo eléctrico externo.
 Mecánica. Frecuencia de un estrés mecánico externo, por ejemplo una torsión
aplicada a un trozo de material.

Métodos espectrométricos
Según el proceso de medida:
La mayoría de los métodos espectroscópicos se diferencian en atómicos
o moleculares según si se aplican a átomos o moléculas. Junto con esta
diferencia, se pueden distinguir los siguientes tipos de espectrometría
según la naturaleza de su interacción:
 De absorción. Usa el rango de los espectros electromagnéticos en los cuales
una sustancia absorbe. Incluye la espectrometría de absorción atómica y
varias técnicas moleculares, como la espectrometría infrarroja y la
resonancia magnética nuclear (RMN).
 De emisión. Usa el rango de espectros electromagnéticos en los cuales una
sustancia irradia (emite). La sustancia primero debe absorber la energía.
Esta energía puede ser de una variedad de fuentes, que determina el nombre
de la emisión subsiguiente, como la luminescencia. Las técnicas de
luminescencia moleculares incluyen la espectrofluorimetría.
 De dispersión. Mide la cantidad de luz que una sustancia dispersa en ciertas
longitudes de onda, ángulos de incidencia y ángulos de polarización. El
proceso de dispersión es mucho más rápido que el proceso de
absorción/emisión. Una de las aplicaciones más útiles es la espectroscopia
Raman.

Tipos de espectrometría
ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN
 La espectrometría de absorción es una técnica en
la cual la energía de un haz de luz se mide antes y
después de la interacción con una muestra.
 Cuando se realiza con láser de diodo ajustable, se
la conoce como espectroscopia de absorción con
láser de diodo ajustable.
 También se combina a menudo con una técnica de
modulación, como la espectrometría de modulación
de longitud de onda, y de vez en cuando con la
espectrometría de modulación de frecuencia a fin
de reducir el ruido en el sistema.

ESPECTROMETRÍA DE FLUORESCENCIA
 La espectrometría de fluorescencia usa fotones
de energía más elevada para excitar una muestra,
que emitirá entonces fotones de inferior energía.
 Esta técnica se ha hecho popular en aplicaciones
bioquímicas y médicas, y puede ser usada con
microscopía confocal, transferencia de energía
entre partículas fluorescentes, y visualización de
la vida media de fluorescencia.

ESPECTROMETRÍA DE RAYOS X
 Cuando los rayos X con suficiente frecuencia (energía)
interaccionan con una sustancia, los electrones de las capas
interiores del átomo se excitan a orbitales vacíos externos, o bien
son eliminados completamente, ionizándose el átomo.
 El "agujero" de la capa interior se llena entonces con electrones de
los orbitales externos.
 La energía disponible en este proceso de excitación se emite como
radiación (fluorescencia) o quitará otros electrones menos
enlazados del átomo (efecto Auger).
 La absorción o frecuencias de emisión (energías) son
características de cada átomo específico. Además, para un átomo
específico se producen pequeñas variaciones de frecuencia
(energía) que son características del enlace químico.
 Con un aparato apropiado pueden medirse estas frecuencias de
rayos X características o energías de electrones Auger.
 La absorción de rayos X y la espectroscopia de emisión se usan en
química y ciencias de los materiales para determinar la composición
elemental y el enlace químico.


ESPECTROMETRÍA DE RAYOS X
 La cristalografía de rayos X es un proceso de
dispersión.
 Los materiales cristalinos dispersan rayos X en
ángulos bien definidos.
 Si la longitud de onda de los rayos X incidentes es
conocida, se pueden calcular las distancias entre
planos de átomos dentro del cristal.
 Las intensidades de los rayos X dispersados dan
información sobre las posiciones atómicas y
permiten calcular la organización de los átomos
dentro de la estructura cristalina.


ESPECTROMETRÍA DE LLAMA
 Las muestras de solución líquidas son aspiradas en un quemador o
una combinación de nebulizador/quemador, desolvatadas,
atomizadas, y a veces excitadas a un estado electrónico de energía
más alta.
 El uso de una llama durante el análisis requiere combustible y
oxidante, típicamente en forma de gases.
 Los gases combustibles comunes que se usan son el acetileno
(etino) o el hidrógeno. Los gases de oxidante suelen ser el oxígeno,
el aire, o el óxido nitroso.
 Estos métodos son a menudo capaces de analizar elementos
metálicos en partes por millón, billones, o posiblemente rangos más
bajos de concentración.
 Son necesarios detectores de luz para detectar la luz con
información que viene de la llama.

Espectrometría de emisión atómica.
 Este método usa la excitación de la llama; los átomos son excitados
por el calor de la llama para emitir luz.
 Este método suele usar un quemador de consumo total con una
salida de incineración redonda. Se utiliza una llama de temperatura
más alta que la usada en la espectrometría de absorción atómica
para producir la excitación de átomos de analito. Ya que los átomos
de analito están excitados por el calor de la llama, no es necesaria
ninguna lámpara elemental especial.
 Puede usarse un policromador de alta resolución para producir una
intensidad de emisión contra el espectro de longitud de onda por
encima de un rango de longitudes de onda que muestran líneas de
excitación de elementos múltiples. O bien puede usarse un
monocromador en una longitud de onda determinada para
concentrarse en el análisis de un solo elemento en una cierta línea
de emisión.
 La espectrometría de emisión de plasma es una versión más
moderna de este método.


Espectrometría de absorción atómica (a menudo llamada AA).
 Este método usa un nebulizador pre-quemador (o cámara de nebulización)
para crear una niebla de la muestra, y un quemador en forma de ranura que
da una llama de longitud de ruta más larga.
 La temperatura de la llama es lo bastante baja como para no excitar los
átomos de la muestra de su estado basal.
 El nebulizador y la llama se usan para desolvatar y atomizar la muestra,
pero la excitación de los átomos de analito se realiza mediante lámparas que
brillan a través de la llama en varias longitudes de onda para cada tipo de
analito.
 En la absorción atómica, la cantidad de luz absorbida después de pasar por
la llama determina la cantidad de analito en la muestra.
 Suele usarse un horno de grafito para calentar, desolvatar y atomizar la
muestra con el fin de obtener una mayor sensibilidad. El método del horno
de grafito también puede analizar algún sólido o muestras mezcladas. A
causa de su buena sensibilidad y selectividad, es un método que todavía se
usa para el análisis de ciertos microelementos en muestras acuosas (y otros
líquidos).

Espectrometría de fluorescencia atómica.
 Este método usa un quemador con una salida de incineración
redonda. La llama se usa para solvatar y atomizar la
muestra, y una lámpara emite luz a una longitud de onda
específica en la llama para excitar los átomos de analito.
 Los átomos de ciertos elementos pueden entonces
fluorescer, emitiendo luz en diferentes direcciones.
 La intensidad de esta luz fluorescente sirve para cuantificar
la cantidad del elemento analizado en la muestra.
 También puede usarse un horno de grafito para la
espectrometría de fluorescencia atómica.
 Este método no es tan común como el de absorción atómica o
el de emisión de plasma.

ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN DE PLASMA

Es similar a la emisión atómica por llama, y la ha sustituido en gran
parte.
* Espectrometría de plasma de corriente contínua (DCP). Un
plasma de corriente contínua se crea por una descarga eléctrica
entre dos electrodos. Es necesario un gas de apoyo al plasma, y el
más común es el argón. Las muestras pueden ser depositadas en
uno de los electrodos.
* Espectrometría de emisión óptica por descarga luminiscente
(GD-OES)
* Espectrometría de emisión plasma-atómica acoplada
inductivamente (ICP-AES)
* Espectrometría de ruptura inducida por láser (LIBS), también
llamada espectrometría de plasma inducida por láser (LABIOS)
* Espectrometría de plasma inducida por microondas(MIP)

ESPECTROMETRÍA DE CHISPA O ARCO
 Se usa para el análisis de elementos metálicos en muestras sólidas.
Para materiales no conductores, se usa polvo de grafito para hacer
conductora la muestra.
 En los métodos de espectroscopia de arco tradicionales se usa una
muestra sólida que es destruida durante el análisis. Un arco
eléctrico o chispa se pasan por la muestra, calentándola a alta
temperatura para excitar los átomos.
 Los átomos de analito excitado emiten luz en varias longitudes de
onda que pueden ser detectadas mediante métodos
espectroscópicos comunes. Ya que las condiciones que producen la
emisión por arco no son controladas cuantitativamente, el análisis
de los elementos es cualitativo.
 Hoy día, las fuentes de chispa con descargas controladas bajo una
atmósfera de argón permiten que este método pueda ser
considerado eminentemente cuantitativo, y su uso está muy
extendido en los laboratorios de control de producción de
fundiciones y acerías.

ESPECTROMETRÍA VISIBLE
 Muchos átomos emiten o absorben la luz visible. A fin de
obtener un espectro lineal fino, los átomos deben estar en
fase gaseosa. Esto significa que la sustancia tiene que ser
vaporizada.
 El espectro se estudia en absorción o emisión.
 La espectroscopia de absorción visible a menudo se combina
con la de absorción ultravioleta (espectroscopia UV/Vis).
Aunque esta forma pueda ser poco común al ser el ojo
humano un indicador similar, todavía se muestra útil para
distinguir colores.

ESPECTROMETRÍA ULTRAVIOLETA
 Todos los átomos absorben en la región ultravioleta (UV) ya
que estos fotones son bastante energéticos para excitar a
los electrones externos. Si la frecuencia es lo bastante alta,
se produce la fotoionización.
 La espectrometría UV también se usa para la cuantificación
de proteínas y concentración de ADN, así como para la
proporción de proteínas y ADN en una solución.
 En las proteínas se encuentran generalmente varios
aminoácidos, como el triptófano, que absorben la luz en el
rando de 280nm. El ADN absorbe la luz en el rango de
260nm. Por esta razón, la proporción de absorbancia
260/280nm es un buen indicador general de la pureza
relativa de una solución en términos de estas dos
macromoléculas.
 También pueden hacerse estimaciones razonables de la
concentración de ADN o proteínas aplicando la ley de Beer.

ESPECTROMETRÍA INFRARROJA
 La espectrometría infrarroja ofrece la posibilidad
de medir tipos diferentes de vibraciones en los
enlaces atómicos a frecuencias diferentes.
 En química orgánica, el análisis de los espectros de
absorción infrarroja indica qué tipo de enlaces
están presentes en la muestra.

ESPECTROMETRÍA RAMAN
 La espectrometría Raman usa la dispersión
inelástica de la luz para analizar modos
vibracionales y rotatorios de las moléculas.
 Las "huellas digitales" que resultan son una ayuda
para el análisis.

ESPECTROMETRÍA DE RESONANCIA
MAGNÉTICA NUCLEAR (RMN)
 La espectrometría de resonancia magnética nuclear analiza
las propiedades magnéticas de ciertos núcleos atómicos para
determinar diferentes ambientes locales electrónicos del
hidrógeno, carbono, u otros átomos en un compuesto
orgánico u otro compuesto.
 Se usa para determinar la estructura del compuesto.

ESPECTROMETRÍA DE FOTOEMISIÓN
La fotoemisión puede referirse a:
 Emisión de electrones a partir de la materia después de
la absorción de fotones energéticos (efecto
fotoeléctrico).
 Emisión de fotones a partir de los semiconductores y
metales cuando los electrones que fluyen en el material
pierden energía mediante deceleración o recombinación.

ESPECTROMETRÍA MÖSSBAUER
La espectrometría de transmisión o conversión
electrónica (CEMS) de Mössbauer prueba las
propiedades de los núcleos de isótopos específicos
en ambientes atómicos diferentes, analizando la
absorción resonante de rayos gamma de energía
característica, lo que se conoce como efecto de
Mössbauer.

OTROS TIPOS DE ESPECTROMETRÍA
Fotoacústica. Mide las ondas sonoras producidas por la absorción de
radiación.
Fototermal. Mide el calor desarrollado por la absorción de radiación.
De dicroismo circular.
De actividad óptica Raman. Usa los efectos de la actividad óptica y la
dispersión para revelar información detallada sobre los centros quirales de
las moléculas.
De terahertzios. Usa longitudes de onda por encima de la espectrometría
infrarroja y por debajo de las microondas o medidas de onda milimétricas.
De dispersión inelástica de neutrones, como la espectroscopia Raman pero
con neutrones en vez de fotones.
De túnel de electrones inelásticos. Usa los cambios de corriente debidos a
la interacción de vibraciones electrónicas inelásticas a energías específicas
que también pueden medir transiciones ópticamente prohibidas.
Auger. Se usa para estudiar superficies de materiales a microescala. A
menudo se usa en relación con la microscopía de electrones.
De cavidad en anillo.

OTROS TIPOS DE ESPECTROMETRÍA
De transformación de Fourier. La transformación Fourier es un
método eficiente para tratar datos de espectros obtenidos usando
interferómetros. Casi toda la espectrometría infrarroja (FTIR) y la
resonancia magnética nuclear (RMN) se realizan con la
transformación de Fourier.
De tiempo resuelto. Se usa en situaciones donde las propiedades
cambian con el tiempo.
Mecánica. Implica interacciones con vibraciones macroscópicas,
como los fotones. Un ejemplo es la espectrometría acústica, que
implica ondas sonoras.
De fuerza. Usa una técnica analítica basada en AFM.
Dieléctrica.
Infrarroja termal. Mide la radiación termal emitida por materiales y
superficies, y se usa para determinar el tipo de enlaces presentes en
una muestra, así como su ambiente reticular. Estas técnicas son muy
usadas por los químicos orgánicos, mineralogistas y geólogos.

Absorption
• When atoms or molecules absorb light, the
incoming energy excites a quantized structure to a
higher energy level. The type of excitation
depends on the wavelength of the light:
– Electrons are promoted to higher orbitals by ultraviolet
or visible light.
– Vibrations are excited by infrared light
– Rotations are excited by microwaves.

Absorption
• An absorption
spectrum is the
absorption of light as
a function of
wavelength.
• The spectrum of an
atom or molecule
depends on its energy
level structure, and
absorption spectra are
useful for identifying
of compounds.

Absorption
• Measuring the concentration of an
absorbing species in a sample is
accomplished by applying the
Beer-Lambert Law.

Beer-Lambert Law
• The Beer-Lambert law (or Beer's law) is
the linear relationship between absorbance
and concentration of an absorbing species.
The general Beer-Lambert law is usually
written as:
A = ε * b * c
A = absorbance,
ε =absorptivity coefficient (M-1
cm-1
)
b = the path length,
c = the analyte concentration.

Beer-Lambert Law
A = ε * b * c
Perdidas por reflexión
Perdidas por reflexión
Perdidas por
Dispersión

• Experimental measurements are usually made in terms of
transmittance (T), which is defined as:
T = I / Io
I = The light intensity after it passes through the sample
Io = The initial light intensity
• The relation between A and T is:
A = -log T = - log (I / Io)
Beer-Lambert Law

Modern absorption instruments can usually
display the data as either transmittance, %-
transmittance, or absorbance. An unknown
concentration of an analyte can be
determined by measuring the amount of light
that a sample absorbs and applying Beer's law.
If the absorptivity coefficient is not known,
the unknown concentration can be determined
using a working curve of absorbance versus
concentration derived from standards.
Beer-Lambert Law

Limitations of the Beer-
Lambert law
The linearity of the Beer-Lambert law is limited by chemical and
instrumental factors. Causes of nonlinearity include:
• deviations in absorptivity coefficients at high concentrations
(>0.01M) due to electrostatic interactions between molecules in close
proximity
• scattering of light due to particulates in the sample
• fluoresecence or phosphorescence of the sample
• changes in refractive index at high analyte concentration
• shifts in chemical equilibria as a function of concentration
• non-monochromatic radiation, deviations can be minimized by using a
relatively flat part of the absorption spectrum such as the maximum
of an absorption band
• stray light

Ejercicios
Most of the light from a sodium
vapor lamp has a wavelength of
589nm. What is the frequency of
this radiation?
c=2.998x108
m/s

Ejercicios
An FM radio station broadcasts on a
frequency of 91.5MHz. What is the
wavelenght of these radio waves, in
meters?

Which of these common street lamps
emits light of the higher frequency:
mercury vapor or sodium vapor?
Ejercicios

For radiation of wavelength 242.4nm, the
longest wavelenght that will bring about
the photodisociation of O2, what is the
energy of one photon and a mole of
photons of this light?
h = 6.626x10-34
J.s
NA = 6.022x1023
mol-1
Ejercicios

Energía Estados Excitados
Estado Basal
Absorción Emisión
Absorción de la Luz
Absorción : Incrementa la energía de la molécula
Emisión: Reduce la energía de la molécula

n1
n2
n3
n4
Energía
n1
n2
n3
n4
En = -Z2
RH / n2
RH = 2.179x10-18
J
Z = 1 para hidrogeno
Bohr model of the hydrogen atom
n∞
n5
Lyman series
Balmer series

Ejercicios
Determine the wavelength of the line
in the balmer series of hydrogen
corresponding to the transition from
n=5 to n=2

Quantum Numbers
1. Principal quantum number (n)
n = 1,2,3,……..
2. Orbital (angular-momentum) quatum number (l)
l = 0, 1, 2, 3, ….., n-1
3. Magnetic quatum number (m)
m = -l, -l+1, -l+2, …., 0, 1, 2, ……, +l
4. Electron spin quantum number (s)
s = -1/2, +1/2

Emission
• Atoms or molecules that are excited to high
energy levels can decay to lower levels by emitting
radiation (emission or luminescence).
• For atoms excited by a high-temperature energy
source this light emission is commonly called
atomic or optical emission (
atomic-emission spectroscopy)
• For atoms excited with light it is called atomic
fluorescence (atomic-fluorescence spectroscopy).
For molecules it is called fluorescence if the
transition is between states of the same spin and
phosphorescence if the transition occurs between
states of different spin. The emission intensity of
an emitting substance is linearly proportional to
analyte concentration at low concentrations, and
is useful for quantitating emitting species.

Fluorescence
• Fluorescence is a luminescence, i.e. optical phenomenon in
cold bodies, in which a molecule absorbs a high-energy
photon, and re-emits it as a lower-energy (longer-
wavelength) photon. The energy difference between the
absorbed and emitted photons ends up as molecular
vibrations (heat). Usually the absorbed photon is in the
ultraviolet, and the emitted light (luminescence) is in the
visible range, but this depends on the absorbance curve
and Stokes shift of the particular fluorophore.
Fluorescence is named after the mineral fluorite
(calcium fluoride), which exhibits this phenomenon.

Phosphorescence
• Phosphorescence is the result of a radiative (light emitting)
transition involving a change in the spin multiplicity of (in most
cases) a molecule from excited state singlet to excited state
triplet. This transition is quantum mechanically forbidden as is
the transition that leads to light emission. These forbidden
transitions are kinetically slow, which introduces a delay
between photo-excitation (exposure to light of one wavelength)
and emission (release of light of a different wavelength). So-
called "glow in the dark" materials are phosphorescent materials
with a very long (seconds, minutes, even hours) delay between
excitation and emission. Most phosphorescent compounds have
triplet lifetimes on the order of milliseconds.

Scattering
• When electromagnetic radiation passes through
matter, most of the radiation continues in its
original direction but a small fraction is scattered
in other directions. Light that is scattered at the
same wavelength as the incoming light is called
Rayleigh scattering. Light that is scattered in
transparent solids due to vibrations (phonons) is
called Brillouin scattering. Brillouin scattering is
typically shifted by 0.1 to 1 cm-1 from the
incident light. Light that is scattered due to
vibrations in molecules or optical phonons in solids
is called Raman scattering. Raman scattered light
is shifted by as much as 4000 cm-1 from the
incident light.

Ultraviolet and Visible Absorption
Spectroscopy (uv-vis)
• UV-vis spectroscopy is the measurement of the
wavelength and intensity of absorption of near-
ultraviolet and visible light by a sample. Ultraviolet
and visible light are energetic enough to promote
outer electrons to higher energy levels. UV-vis
spectroscopy is usually applied to molecules and
inorganic ions or complexes in solution. The uv-vis
spectra have broad features that are of limited use
for sample identification but are very useful for
quantitative measurements. The concentration of an
analyte in solution can be determined by measuring
the absorbance at some wavelength and applying the
Beer-Lambert Law.

Instrumentation
• The light source is usually a hydrogen or deuterium lamp for
uv measurements and a tungsten lamp for visible
measurements. The wavelengths of these continuous light
sources are selected with a wavelength separator such as a
prism or grating monochromator. Spectra are obtained by
scanning the wavelength separator and quantitative
measurements can be made from a spectrum or at a single
wavelength.

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