AQI 12 2021-II UNMSM.pdf

Gerardo De Lama Carrillo
2021 - II
S-12: ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN
MOLECULAR ULTRAVIOLETA-VISIBLE
ANÁLISIS QUÍMICO INSTRUMENTAL
Universidad del Perú, Decana de América
FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
Escuela Profesional de Ingeniería Química
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

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Contenido
Semana
12
12. ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR
ULTRAVIOLETA-VISIBLE
12.1 RANGOS DE LA ESPECTROSCOPÍA UV/VISIBLE
12.2 TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA
12.3 TERMINOLOGÍA DE ABSORCIÓN UV/Vis
12.4 ANÁLISIS ESTRUCTURAL
12.5 INSTRUMENTACIÓN
12.6 APLICACIONES DE LA ESPECTROSCOPÍA UV/Vis
12.7 PROBLEMAS

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LOGRO
Logro de la unidad
Al finalizar la unidad, el estudiante explica los principios teóricos que
sustentan las técnicas clásicas e instrumentales del análisis químico y
prácticas empleando las mismas para el análisis de muestras en
variadas matrices, analizando los resultados para sacar conclusiones
sólidas basadas en la evidencia experimental, adquiriendo habilidades
analíticas, trabajando de manera segura y competente en un entorno
de laboratorio de análisis químico, respetando el medio ambiente.
Logro de la sesión
Al finalizar la sesión, el estudiante explica los principios de la
espectrofotometría de absorción molecular ultravioleta-visible
en la aplicación del análisis químico.

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12. ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR ULTRAVIOLETA-VISIBLE
(Espectroscopía UV/VIS )
ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR
ULTRAVIOLETA-VISIBLE
• La espectroscopía de UV/VIS se basa en la absorción de luz por una muestra.
• Dependiendo de la cantidad de luz y su longitud de onda absorbida por la muestra, se puede
obtener valiosa información, tal como la pureza de la muestra.
• Además, la cantidad de luz absorbida se relaciona con la cantidad de muestra, y por lo tanto, el
análisis cuantitativo es posible mediante espectroscopia óptica.

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< E
UV UV
R x lejano cercano Vis IR
o de vacío o de cuarzo
𝜆 (nm)
780
100 380
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Absorbancia y colores complementarios
El color es una propiedad importante de una sustancia. El color de la materia está relacionado con
su absortividad o reflexividad. El ojo humano ve el color complementario al que se absorbe.

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2. ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR ULTRAVIOLETA-VISIBLE
(Espectroscopía UV/VIS )
Transmisión y color
La luz que no es absorbida por el objeto se refleja y puede
ser vista por el ojo.

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Una radiación tendrá un 100% de transmitancia (T) si al pasar a través de una sustancia sale
inalterada, su intensidad, es decir, no es absorbida por la sustancia. Si la radiación es absorbida
parcialmente, la transmitancia será inferior al 100%.
Si escogemos una radiación que puede ser absorbida por la sustancia en estudio, el porcentaje
trasmitido disminuye en proporción logarítmica con la cantidad de sustancia presente. Como esta
disminución es logarítmica se introduce por conveniencia práctica el término absorbancia (A):
A = – logT
Las escalas del sistema de lectura vienen graduadas en porcentajes de transmitancia (%T) ó en (A).
Transmitancia 100% equivale a Absorbancia cero. 0% Transmitancia corresponde a Absorbancia
infinita.

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12.3 TERMINOLOGÍA DE ABSORCIÓN UV/Vis
Cromóforo
Es un grupo covalente insaturado responsable de la absorción de energía. Ej. Grupo alqueno,
carbonilo.
Auxócromo
Es un grupo saturado con electrones no enlazantes que unido a un cromóforo modifica la intensidad
y posición de la banda espectral. Ej. Cl, OH.
Desplazamiento batocrómico
Se produce un desplazamiento a >𝜆, por efecto del solvente o sustituyente, se llama también
desplazamiento hacia el rojo.
Desplazamiento hipsocrómico
Se produce un cuando hay un desplazamiento a <𝜆, por efecto del solvente o sustituyente, se llama
también desplazamiento hacia el azul.
Efecto hipercrómico
Hay un aumento en la intensidad de absorción.
Efecto hipocrómico
Hay una disminución en la intensidad de absorción.

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Teoría de orbitales moleculares(TOM)
➢Cuando se combinan dos orbitales atómicos se origina un orbital molecular enlazante de baja
energía y un orbital molecular antienlazante de alta energía. Los electrones en estado fundamental
ocupan el primero.
➢Orbitales moleculares asociados con enlaces sencillos: orbitales sigma (𝞼).
➢Orbitales moleculares asociados con enlaces dobles:
- orbitales sigma (𝞼). Par de electrones enlazantes y antienlazantes
- orbitales pi (𝞹): Par de electrones enlazantes y antienlazantes
➢Electrones que no participan en ningún enlace: electrones n.

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Transiciones electrónicas posibles en compuestos orgánicos
En el UV/Vis se producen transiciones energéticas

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Transiciones electrónicas en el formaldehído y las longitudes de onda de la luz que las causan.

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Absorción Compuestos Orgánicos
Tipo moléculas

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Grupos
cromóforos

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A mayor conjugación la absorción se desplaza al visible
Naftaleno Antraceno Tatraceno

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Incluyen 5 componentes (todos los instrumentos espectroscópicos)
1. Fuente estable de energía.
2. Dispositivo para realizar la
medida y que aísle una región del
espectro.
3. Recipiente transparente que
contenga la muestra.
4. Detector de radiación.
5. Sistema de tratamiento y lectura
de la señal.

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1. La fuente de Radiaciones:
El material emisor varía, por ejemplo:
Gas hidrógeno, deuterio o xenón para el ultravioleta,
Filamento de tungsteno, o tungsteno, halógeno o xenón para el visible,
existen fuentes (láser) de muchos otros materiales para las distintas regiones. Una buena fuente
debe emitir todas las radiaciones de su región con intensidad suficiente y uniforme. En la
realidad las fuentes emiten unas radiaciones con mayor intensidad que otras.

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1. La fuente de Radiaciones:
Fuentes de radiación.
(a) Lámpara de deuterio para el rango UV.
(b) Lámpara de tungsteno para el rango visible.

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2. Sistema selector de una radiación de longitud de onda específica:
Puede ser :
a) un filtro de absorción, de interferencia, de difracción. Los filtros absorben o interfieren casi
todas las radiaciones del haz y dejan pasar selectivamente ciertos rangos estrechos de longitud
de onda; se requiere un filtro diferente para cada longitud de onda que se desee seleccionar.
(Fotocolorimetría o colorimetría).

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2. Sistema selector de una radiación de longitud de onda específica:
b) un sistema monocromador, es más complejo y costoso, pero permite seleccionar rangos de
longitud de onda más estrechos y además, cualquier rango de interés. Esta de rendijas, lentes,
espejos, ventanas, redes o prismas, se diseñan para realizar barridos espectrales.
(Espectrofotometría).

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Los tipos de aparatos atendiendo a la disposición de los componentes fotométricos, se clasifican en
espectrofotómetros de haz sencillo y doble haz en el espacio y en el tiempo.
El espectrofotómetros de haz sencillo : Consiste de una fuente de radiación que pasa a través
del analizador el cual selecciona la longitud de onda deseada, unas rendijas de entrada y salida que
evitan la luz difusa, una cubeta que contiene la muestra y un detector de la radiación no absorbida
por la muestra.

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Los equipos de doble haz dividen el haz de radiaciones en dos; un haz pasa por el blanco
fotométrico y el otro por la muestra, de modo que hacen los ajustes automáticamente; dan mayor
precisión y son útiles para trazar espectros, o sea gráficas de transmitancia o de absorbancia contra
longitud de onda de la radiación, lo cual facilita los análisis.

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3. Las celdas:
Son los recipientes dentro de los cuales se coloca la
sustancia a analizar. El material de la celda debe
ser transparente a las radiaciones de la región
espectral en que se usa o sea, que no debe
absorber dichas radiaciones.
Para el ultravioleta se usa el cuarzo o sílice fundida,
Para el visible se usa el vidrio, el cuarzo, plásticos (metacrilato10).
Aunque a veces se usan tubos de ensayo cilíndricos, idealmente las paredes de la celda deben
ser planas, y colocadas en forma que el rayo incida perpendicularmente sobre ellas. Además,
estas paredes deben conservarse perfectamente pulidas y limpias.
Cuando en la ley de Beer se habla del espesor de la celda, no se refiere al espesor de la pared,
sino al espesor de la capa de solución que es atravesada por el rayo, o sea la distancia interna
entre las paredes de la celda.

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4. Sistema Detector :
El detector es un dispositivo sobre el cual incide la radiación y produce una señal eléctrica de
magnitud proporcional a la intensidad de la radiación.
La señal electrónica producida pasa generalmente a un sistema de amplificación. La señal
amplificada acciona el sistema de lectura que puede ser análogo o digital.
Cada región del espectro requiere de un detector adecuado, por ejemplo,
- un fototubo para el ultravioleta,
- una celda fotovoltaica para el visible,
- un arreglo de diodos para el ultravioleta/visible;
estos detectores deben de ser de un material sensible apropiado.

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4. Sistema Detector :
Detectores de radiación UV-VIS:
a) Fototubo y
b) Tubo fotomultiplicador.

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5. Sistema de tratamiento y de lectura de la señal:
Dispositivo electrónico que procesa la señal realizando operaciones matemáticas, como
diferencia, integral o convertir a logaritmo.
El sistema de lectura puede ser análogo o digital.
• Una aguja que se desplaza sobre una escala, una pluma de escribir que traza un registro
sobre un papel son análogos.
• Un display, monitor, pantalla de cristal líquido o impresora son digitales.

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La espectroscopia óptica en el rango de la luz
visible y ultravioleta (UV/VIS) es ampliamente
aplicada en casi todos los segmentos de
mercado y lugares de trabajo como en la
investigación, producción y control de calidad
para la clasificación y el estudio de las
sustancias.

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1. Análisis Cualitativo :
Los Factores fotométricos para la identificación de una sustancia, son:
- el espectro de absorción,
- curva espectral o barrido de exploración de la sustancia, ya que cada sustancia presenta uno o
varios máximos de absorción característicos.
Otro factor cualitativo es la absortividad específica o la absortividad molar (ε) que presenta la
sustancia para una radiación definida, se determina a partir de la ley de Beer.

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2. Análisis Cuantitativo :
Características:
• Aplicable a muestras orgánicas e inorgánicas,
• Tiene alta sensibilidad 10-4 -10-7M (0,01ppm).
• Buena precisión (desviación estándar < 1%)
• Fácil adquisición de datos.
Aplica a todas las ramas de las ciencias que se requiere una estimación cuantitativa.
Procedimiento
▪ Seleccionar la 𝜆max absorbancia (es el punto de > sensibilidad con la concentración.)
▪ Rango óptimo de concentración, donde la absorbancia en lineal con la concentración
▪ Evaluación de datos.

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Métodos de calibración
a) Curva de calibración:
- Realiza las mediciones de soluciones estándares del analito,
- Bloqueo de la señal analítica versus la concentración de la solución estándar.
- La muestra se determina por interpolación en la curva de calibración.
b) Adición estándar:
Se usa cuando no se puede reproducir la matriz
- Realiza las mediciones de soluciones estándares del analito más un volumen definido de la
muestra,
- Bloqueo de la señal analítica versus la concentración de la solución estándar.
- La muestra se determina por interpolación en la curva de calibración.

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12.7 PROBLEMAS
Se determina que una muestra en una celda de 1.0 cm, en un espectrómetro, transmite 80% de la
luz a cierta longitud de onda. Si la absortividad de esta sustancia, a esta longitud de onda, es 2.0,
¿cuál es la concentración de la sustancia?
PROBLEMA 1
Solución

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Para determinar el manganeso en un acero. Se disolvió una muestra de acero de 0,4895 g, el
manganeso se oxidó a MnO4
- y la solución se diluyó a 100 ml en un matraz aforado. La absorbancia
a 525 nm en una celda de 1 cm fue 0,396. Una solución de MnO4
- de 3x10-4 M presenta una
absorbancia de 0,672. Calcular el porcentaje de Mn en el acero.
PROBLEMA 2
Solución

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El hierro forma un complejo con 1,10 fenantrolina el cual presenta un máximo de absorción a 510
nm. A partir de una solución patrón de 1000 mg/L de hierro se preparó una curva de calibración,
obteniéndose los siguientes datos:
25,0 mL de una muestra de agua subterránea se colocaron en una fiola de 50,0 mL después de ser
tratada para formar el complejo coloreado, al igual que la curva de calibración, fue aforada. La
absorbancia fue de 0,203. Calcular la concentración de Fe de la muestra de agua en mg/L.
PROBLEMA 3
Solución
Concentración (mg/L) 2 4 6 8
Absorbancia 0,160 0,313 0,460 0,619

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25,0 mL de una muestra de agua subterránea se colocaron en una fiola de 50,0 mL después de ser
tratada para formar el complejo coloreado Fe/1-10 fenantrolina, fue aforada. La absorbancia fue de
0,203.
En otras fiolas iguales fueron colocados 25 mL de la muestra, el reactivo complejante y
respectivamente: 0,1; 0,2 y 0,3 ml de solución patrón de Fe de una concentración de 1000 mg/L.
Calcule la concentración de Fe en la muestra.
Datos:
PROBLEMA 4
Solución
mL de patrón de Fe 0 0,1 0,2 0,3
Absorbancia 0,203 0,363 0,516 0,663

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Se desea determinar el contenido en Cromo de una roca silícea. Para ello, se procede a la
pulverización de la muestra y se pesan 0,5000 g para llevar a cabo el análisis. Mediante un
tratamiento adecuado, el material se descompone y el Cromo pasa a estado de Na2CrO4. Se filtra la
disolución, se le añaden 2,00 mL de una disolución de difenilcarbazida al 0,25% (este reactivo forma
un producto rojo-violeta con el Cr(VI)), y se enrasa a un volumen de 50,00 mL con H2SO4 0,1 M. Por
otro lado, se dispone de una disolución estándar que contiene 15,00 mg de K2CrO4 puro por litro. Se
toma una alícuota de 5,00 mL de esta disolución estándar y se trata con 2,00 mL del reactivo y se
enrasa a 50,00 mL con H2SO4 0,1 M. Las absorbancias de las dos disoluciones finales se miden en
un espectrofotómetro, resultando ser: A estándar = 0,354; Amuestra= 0,272. ¿Cuál es el contenido en Cr
de la roca expresado en % de Cr2O3?
PROBLEMA 5
Solución

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La tabla recoge las absorbancias medidas a una longitud de onda de 220 nm de distintas
disoluciones que contienen disoluciones estándar de NO3
- en celdas de 1 cm de paso óptico. Se
tomaron 8 muestras de un río aguas abajo de una planta química y arrojaron un valor promedio de
absorbancia de 0,642 cuando las medidas se realizaron en las mismas condiciones experimentales.
¿Cuál es el contenido de NO3
- en el agua de río, expresado en mg/mL?
PROBLEMA 6
Solución
NO3
- (mg/mL) 0 0,0040 0,015 0,025 0,035 0,040 0,050 0,060 0,070
Absorbancia 0 0,097 0,208 0,347 0,450 0,553 0,620 0,668 0,688

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Una alícuota de 25,0 mL de una disolución acuosa de quinina se diluyó a 50,0 mL y se encontró que
tenía una absorbancia de 0,832 a 348 nm cuando se midió en una celda de 2,00 cm. Una segunda
alícuota de 25,0 mL se mezcló con 10,00 mL de una disolución que contenía 23,4 ppm de quinina;
después de diluir a 50,0 mL, esta disolución presentaba una absorbancia de 1,220 (cubetas de 2,00
cm.). Calcular las partes por millón de quinina en la muestra.
PROBLEMA 7
Solución

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