Espectrofotometría, Absorbancia, Transmitancia, Ley de Beer, Longitud de Onda, Celdas, Monocromador, Concentración, Curva de calibración, Química Analítica

1. Espectrofotometría
Ultravioleta / Visible
I.Q. Manuel Arturo Caballero Rdz. Campus Monterrey Norte
Universidad del Valle de México
Escuela de Ciencias de la Salud
Químico Farmaco Biotecnólogo
Química Analítica I

2. Medición de la “luz”
Los métodos de análisis que se basan en la
medición de luz y otras formas de radiación
electromagnética son los que más se
utilizan en la química analítica.

3. Radiación electromagnética
Es una forma de energía que se trasmite
por el espacio a velocidades muy altas.
A la radiación electromagnética de la región
UV/visible y en ocasiones a la del IR, la
llamamos luz, este término se considera
adecuado solo a la radiación visible.

4. Radiación electromagnética
Regiones bien conocidas del espectro
electromagnético:
- Rayos gamma (ƴ )
- Rayos X
- Radiación UV
- Visible
- Rayos infrarrojos (IR)
- Microondas
- Radiofrecuencia (RF)

5. Regiones del Espectro
Electromagnético
Abarca un intervalo tan grande de longitud de onda,
de frecuencia y de energía que necesita una escala
logarítmica.

6. Radiación electromagnética
La radiación electromagnética puede describirse como una
onda que tiene propiedades de longitud de onda,
frecuencia, velocidad y amplitud.
Las ondas luminosas no necesitan de un medio para
trasmitirse y por tanto se propagan fácilmente en el vacío
(más rápido que el sonido).
El modelo ondulatorio no explica satisfactoriamente los
procesos asociados con la absorción y la emisión de la
energía radiante.

7. Radiación electromagnética
Para entender la transmisión de energía, es más
conveniente considerar a la radiación
electromagnética como ondas de partículas o
paquetes discretos de energía llamados fotones o
cuantos.
Fotón: Partícula de luz que transporta una
cantidad de energía igual a hv.

8. Radiación electromagnética
Representación de un haz de radiación de una
sola frecuencia. Se aprecian su campo eléctrico y
en un plano perpendicular a él su campo
magnético.

9. Radiación electromagnética
En la siguiente figura se muestra únicamente la oscilación
del campo eléctrico. Se aprecian algunas propiedades de
las ondas como amplitud y longitud de onda.

10. Radiación electromagnética
El período p de la onda
es el tiempo necesario
para el paso de los
sucesivos máximos ó
mínimos por un punto fijo
en el espacio. En cuanto
a la frecuencia Ʋ es el
número de oscilaciones
del vector del campo por
unidad de tiempo y es
igual a 1/ p.

11. Métodos Ópticos
Métodos que miden la radiación
electromagnética que emana de la materia o
que interacciona con ella.
Los hay:
• Espectroscópicos (fenómeno energético)
• No Espectroscópicos (fenómeno ondulatorio)

12. Métodos Espectroscópicos
Miden la cantidad de radiación producida o
absorbida por las especies atómicas o
moleculares que se analizan (energía).
Clasificación:
• Absorción
• Emisión
• Dispersión

13. Métodos Espectroscópicos
• Absorción: La muestra se somete a una radiación y se
determina la fracción de radiación absorbida.
• Emisión: La muestra se expone a una fuente que hace
aumentar su contenido energético en el estado de alta
energía (excitado) y parte de la energía en exceso se
pierde en forma de radiación.
• Dispersión: Se mide la fracción transmitida en todas las
direcciones a partir de la trayectoria inicial.

14. Métodos No Espectroscópicos
Se basan en interacción entre la radiación
electromagnética y la materia cuando la radiación es
considerada únicamente como una onda.
Refracción
Refractometría
Interferometría
Polarimetría
Nefelometría
TurbidimetríaDispersión
Difracción De Rayos X
Propiedades
ondulatorias

15. Métodos Ópticos

16. Métodos Espectroscópicos
Dan lugar a la obtención de un espectro característico de
los constituyentes de la muestra producido como resultado
de la excitación de átomos/moléculas con energía térmica,
radiación electromagnética o choques con partículas
(electrones, iones o neutrones).

17. Métodos Espectroscópicos
FUENTES DE
EXCITACIÓN
Energía
Térmica
Energía
Electromagnética
Choques con
partículas
Campos
magnéticos
MUESTRA A ANALIZAR
MEDIDA DE FOTONES ELECTRONES IONES
Espectrometría
óptica
Espectrometría
de electrones
Espectrometría
de masas

18. Tipos de espectroscopia
Intervalo habitual de
longitudes de onda
Tipo de transición cuántica
Emisión de rayos gamma 0.005 – 1.4 Ǻ Nuclear
Absorción y emisión de
rayos X
0.1 – 100 Ǻ Electrones internos
Absorción UV de vacío 10 – 180 nm Electrones de valencia
Absorción y emisión
ultravioleta-visible
180 – 780 nm Electrones de valencia
Absorción infrarroja
Dispersión Raman
0.78- 300 μm Vibración de moléculas
Absorción de microondas 0.75 – 3.75 mm Rotación de moléculas
Resonancia de espín
electrónico
3 cm
Espín de los electrones en un
campo magnético
Resonancia magnética
nuclear
0.6 – 10 m
Espín de los núcleos en un
campo magnético
Métodos Espectroscópicos
Basados en la medida de la radiación electromagnética

20. METODOS ESPECTROSCOPICOS DE ABSORCION
Absorbancia: Atenuación de los fotones a medida que atraviesan una muestra.
Espectro de absorbancia: Gráfica de la absorbancia de la radiación
electromagnética producida por la muestra en función de la longitud de onda.
Emisión: Liberación de un fotón cuando un analito recupera su estado de menor
energía desde un estado de mayor energía.

21. METODOS ESPECTROSCOPICOS DE ABSORCION
- La absorción de radiación es un proceso en el que la energía electromagnética
se transfiere a los átomos, iones o moléculas que componen la muestra.
- La absorción provoca que estas partículas pasen de su estado normal a
temperatura ambiente a uno o más estados excitados de energía superior.
Conceptos importantes en la absorción:
Los métodos cuantitativos basados en la absorción requieren dos medidas de
potencia:
* una, antes de que el haz haya pasado a través del medio que contiene la
muestra (P0), y
* otra, después (P).
La transmitancia y la absorbancia son dos términos que se utilizan ampliamente
en la espectrometría de absorción y se relacionan por la razón de P0 y P.
*TRANSMITANCIA *ABSORBANCIA
T = P/P0 A = -log P/P0
%T = (P/ P0)x100 A = ε b C
A = log P0/P

22. P : intensidad (potencia) de la radiación transmitida
P0 : intensidad (potencia) de la radiación incidente
c : concentración molar de la sustancia absorbente
ε: absortividad molar (M-1cm-1)
b : espesor de la sustancia atravesada
Al contrario que con la transmitancia, la absorbancia de un medio aumenta cuando
la atenuación del haz se hace mayor.
Todo lo anterior se fundamenta en la siguiente ley:
Ley de Beer: Cuando un rayo de luz monocromática pasa a través de un medio
absorbente, su intensidad disminuye exponencialmente a medida que aumenta la
concentración de la sustancia absorbente en el medio, esto es:
log P0 /P = ε ·b·C

23. ESPECTROFOTOMETRO UV-VISIBLE

24. ESPECTROFOTOMETRO UV-VISIBLE
Este tipo de análisis fotométrico se realiza sobre numerosas especies químicas
tanto orgánicas como inorgánicas.
Las consideraciones a tener en cuenta antes de su realización son las siguientes:
 Selección de la longitud de onda: se necesita una longitud de onda que
produzca un pico de absorción para obtener así la máxima sensibilidad.
Esta longitud de onda dependerá de las condiciones de la muestra (pH,
temperatura y concentración).
 Limpieza y manipulación de las cubetas (celdas): se requieren celdas
calibradas y de buena calidad, para que la desviación del haz de luz y la
absorbancia se realice de forma correcta. Hay que evitar ralladuras, huellas
dactilares, etc.
 Determinación de la relación entre absorbancia y concentración: mediante la
toma de alícuotas de una sustancia patrón que vayan aumentando de
concentración progresivamente y midiendo su absorbancia a una misma
longitud de onda.

25. Componentes de un espectrofotómetro:
Los instrumentos incluyen cinco componentes:
- Fuente estable de energía radiante
- Recipiente transparente para contener la muestra.
- Dispositivo que aísla una región restringida del espectro para la medida.
- Detector de radiación que convierte la energía radiante en una señal
utilizable (generalmente eléctrica).
- Sistema de procesamiento y lectura de la señal (la señal detectada se
visualiza en escala de medida, pantalla, medidor digital, registrador).
Fuente
Monocromado
r Celdas Detector

26.  Proceso de lectura de muestras:
- Seleccionar la longitud de onda.
- Se lee un blanco contenido en una celda calibrada, esto se realiza para
establecer el cero de absorbancia.
- La muestra se introduce en la cubeta calibrada.
- El aparato procede a la lectura de la absorbancia.
- La potencia de la fuente y del detector deben ser constantes durante el
periodo de la valoración.

27. Las cubetas o celdas se
construyen de materiales
transparentes a las radiaciones
UV/Vis tales como el cuarzo,
vidrio o plástico.
Cuando se trabaja con
longitudes de onda inferiores a
300 nm, las cubetas han de
ser de cuarzo o silicio fundido,
ya que las demás ejercen una
absorción importante.
Las cubetas de mayor calidad
se fabrican con una forma
rectangular, de forma que la
radiación golpee la célula
formando un ángulo de 90°
para que las pérdidas por
reflexión sean mínimas.
Los tubos de ensayo cilíndricos
llegan a usarse en ocasiones en
instrumentos de haz simple.

28. TIPOS DE APARATOS