Este documento describe los fundamentos y aplicaciones de la espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis) y la espectroscopia infrarroja (IR). Explica que la UV-Vis se utiliza para identificar sistemas de electrones π conjugados mediante la medición de transiciones electrónicas, mientras que la IR se utiliza para identificar grupos funcionales mediante la detección de vibraciones moleculares. También resume los principios de funcionamiento de los instrumentos UV-Vis e IR y cómo se interpretan los espectros obtenidos.

1. ESPECTROMETRÍA ULTRAVIOLETA (UV)
FUNDAMENTO.
La base de la espectroscopia Visible y Ultravioleta consiste en medir la intensidad del color
(o de la radiación absorbida en UV) a una longitud de onda específica comparándola con otras
soluciones de concentración conocida (soluciones estándar) que contengan la misma especie
absorbente. Para tener esta relación se emplea la Ley de Beer, que establece que para una misma
especie absorbente en una celda de espesor constante, la absorbancia es directamente
proporcional a la concentración.
A = εdc
Donde
A = Absorbencia
ε = Coeficiente molar de extinción
d = Distancia en cm
c = Concentración molar
La coloración de la solución se debe a la especie absorbente y esta coloración puede ser
natural o inducida. La coloración natural puede ser la base de la cuantificación de una especie.
La principal aplicación de la espectroscopia de UV-VIS, la cual depende de transiciones
entre niveles de energía electrónica, es para identificar sistemas de electrones π conjugados.
Energías mucho mayores separan los estados vibratorios, más que los estados de espin
nuclear, y las diferencias de energía entre los estados electrónicos son mayores aún. La energía
requerida para promover un electrón de un estado electrónico al siguiente encuentra en el
intervalo visible y ultravioleta del espectro electromagnético.
Por lo general se identifica la radiación en el intervalo UV-VIS por su longitud de onda en
manómetros (1nm= 10 m).Por tanto la región visible corresponde a 400 a 800. La luz roja es el
extremo de menor energía (longitud de onda larga) del espectro visible; la luz violeta, el extremo
de energía alta (longitud de onda corta). La luz ultravioleta se encuentra más allá del espectro
visible con longitudes de onda en el intervalo del 200 a 400 nm.
En la mayoría de los espectros de UV la absorción es bastante ancha y con frecuencia se
habla de ella como una” banda” en lugar de un “pico”. La longitud de onda en un máximo se
conoce como la de absorción λmax de la banda. Además de la λmax las bandas de UV-VIS se
caracterizan por su absorbancia (A) la cual sirve para medir la radiación que es absorbida cuando
pasa a través de la muestra. Para corregir los efectos de la concentración y la longitud de la
trayectoria, la absorbancia se convierte en absortividad molar (ε) dividiéndola entre la
concentración c en moles por litro y la longitud de la trayectoria ι en centímetros, en un arreglo de
la ecuación de Lambert- Beer.

2. La absortividad molar, cuando se mide a la λmax, se cita como εmax. Por lo normal se
expresa sin unidades. Tanto λmax como εmax son afectados por el disolvente, lo cual por
consiguiente se incluye cuando se reportan datos espectroscópicos de UV-VIS.
El espectro Ultravioleta y Visible de las moléculas está asociado a transiciones electrónicas
entre los diferentes niveles energéticos en ciertos grupos o átomos de la molécula y no
caracterizan a la molécula como entidad.
La absorción de la radiación UV-.excita un electrón del orbital molecular de mayor energía
ocupado (HOMO) con el LUMO el orbital molecular de menor energia desocupada (LUMO) en
alquenos y polienos, tanto el HOMO como el LUMO son orbítales tipo π (en lugar de σ), el HOMO
es el orbital π de mayor energía y el LUMO es el orbital π* de menor energía. La excitación de uno
de los electrones π a partir de un orbital π de enlace a un orbital π* de antienlace se conoce como
transición ππ*.
La absorción de energía radiante en el Ultravioleta o Visible por los electrones n, s ó p
resulta en la excitación de éstos, los cuales pasan a ocupar alguno de los orbitales antienlazantes.
La absorción de radiación Ultravioleta o Visible es capaz de efectuar dichas transiciones. Es
necesario hacer notar que asociado a estas transiciones electrónicas existen cambios rotacionales
y vibracionales en la molécula lo cual origina que el espectro obtenido se aun espectro de bandas
y no un espectro de una o más líneas aguda.
a bandas débiles usualmente en la región UV-cercana (baja energía de transición).
La diferencia de energía HOMO- LUMO y, en en concecuencia a λmax para la transición
ππ* varía con los constituyentes: aumento de sustituyentes metilo en el enlace doble y
extensión de la conjugación. Ambos causan el desplazamiento de λmax a longitudes de onda más
largas, pero el efecto de conjugación es más grande de los dos. Con base en datos recolectados
para muchos dienos, se ha encontrado que cada sustituyente metilo en los enlaces dobles causa
un desplazamiento a longitudes de onda más largas, de alrededor de 5nm, mientras que la

3. extensión de la conjugación causa un desplazamiento de alrededor de 36 nm por cada enlace
doble adicional.
Todo lo que se requiere para un compuesto sea colorido es que posea una absorción en el
intervalo visible. Con frecuencia sucede que un compuesto tendrá su λmás en la región UV, pero el
pico es ancho y se extiende hasta la visible. La absorción de los componentes azul a violeta de la
luz visible hace que el compuesto aparezca amarillo.
Los otros tipos de transiciones posibles se comentan a continuación, y sirven para
identificar el tipo de compuestos con el que se trata:
Transiciones σσ*. Se presentan en todos los compuestos orgánicos. Son en general de
gran energía (UV de vacío) e intensidad.
2.-Transiciones σπ* y πσ*. Son posibles solo en compuestos insaturados. Son
transiciones de baja intensidad (regiones de definición de los orbitales involucrados
diferentes)en el UV lejano. Carecen de interés práctico.
3.-Transiciones nσ*. Se presentan en compuestos con heteroátomos (O, N, S, Hal),
generalmente en la región cercana a los 200 nm. La intensidad es variable dependiendo de
la naturaleza del orbital n.
4.- Transiciones ππ*. Presentes solo en compuestos insaturados. En ausencia de
conjugación estas transiciones se presentan en UV de vacío. Dan lugar a bandas intensas
que `pueden aparecer en UV cercano si está presente insaturación conjugada.
Transiciones nπ*. Presentes en compuestos insaturados con heteroátomos (grupos
carbonilo, nitro, azo, tiocarbonilo). Dan lugar
Resulta conveniente definir algunos términos usuales en espectroscopia UV-Vis que tienen
en parte origen en antiguas teorías sobre el origen del color de las sustancias.
Grupo cromóforo: grupo covalente insaturado que origina bandas de absorción
*
alectrónicas (ππ ). Ejemplos típicos son los grupos vinilo, carbonilo, fenilo, nitro.
Grupo auxócromo: grupo saturado(generalmente conteniendo pares electrónicos libres)
que unido a un cromóforo altera tanto la posición como la intensidad de la banda de
absorción de éste. Auxócromos típicos son los grupos –OH, -NH2, -Cl, -Br, -CH3.
Efectos batocrómico e hipsocrómico: desplazamientos del máximo de absorción de una
banda a mayores o menores longitudes de onda respectivamente, debido a la
introducción de un sustituyente, cambio de solvente o pH o cualquier otra causa.
Efectos hipercrómico e hipocrómico: incremento o decremento de la intensidad de una
banda de absorción debido a la introducción de un sustituyente, cambio de solvente o pH
o cualquier otra causa.

4. INSTRUMENTACIÓN Y PRINCIPIO.
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 y lámpara de arco de xenón.
Monocromador
Para obtener luz monocromática, constituido por las rendijas de entrada y salida,
colimadores y el elemento de dispersión. El monocromador aísla las radiaciones de longitud de
onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto.
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.
INTERPRETACIÓN DE DATOS.
Las transiciones electrónicas en moléculas se presentan en forma de bandas, como ya se
vio anteriormente, con modificación simultanea de los niveles de energía vibracionales y
rotacionales. En moléculas pequeñas en fase gaseosa es posible observar la estructura fina
vibracional de las bandas electrónicas con subestructura rotacional no bien resuelta. En moléculas
más complejas la multiplicidad de los niveles vibracionales hace que el gran número de
transiciones de similar energía produzca bandas de absorción continuas sin estructura fina
vibracional evidente. Esto es también lo usual cuando se registran los espectros de absorción UV
en fases condensadas (soluciones, sólidos).
Las principales características de una banda de absorción son: posición del máximo,
intensidad y anchura.

5. La posición de una banda, dada por la del máximo de absorción, depende de la energía de
la transición (relación de Bohr) y se reporta usualmente como max λ /nm o número de
onda max ν /cm-1.
La intensidad de una banda de absorción puede expresarse como absortividad molar en el
máximo, o más correctamente como intensidad integrada. Esta intensidad depende del
cuadrado del momento dipolo de la transición (cambio en la distribución de cargas
eléctricas durante la transición). Se producen absorciones intensas cuando una transición
es acompañada por un gran cambio en la distribución de cargas (ε max del orden de 104),
por otra parte las transiciones con pequeño cambio en la distribución de cargas producen
débiles bandas de absorción (ε max del orden de 102 o inferiores). Dados los valores típicos
de las absortividades molares en el UV, es común trabajar con soluciones de
concentraciones 10-3 a 10-5 molL-1. La anulación del momento dipolo de transición y por lo
tanto la ausencia o baja intensidad de una banda de absorción está vinculada con la
simetría de las funciones de onda y se expresa a través de las reglas de selección que
estudiaremos posteriormente.
La anchura de una banda de absorción electrónica depende del número e intensidad de
los componentes vibracionales de la transición correspondiente. La distribución de
intensidades entre los componentes vibracionales de una transición electrónica depende
de los cambios en la geometría de equilibrio de los estados base y excitados y es
interpretada sobre la base del Principio de Franck Condon.
APLICACIONES.
La espectroscopia UV-visible se utiliza para identificar algunos grupos funcionales de
moléculas, y además, para determinar el contenido y fuerza de una sustancia.
Se utiliza de manera general en la determinación cuantitativa de los componentes de
soluciones de iones de metales de transición y compuestos orgánicos altamente conjugados.
Se utiliza extensivamente en laboratorios de química y bioquímica para determinar
pequeñas cantidades de cierta sustancia, como las trazas de metales en aleaciones o la
concentración de cierto medicamento que puede llegar a ciertas partes del cuerpo.

6. ESPECTROMETRÍA INFRA-ROJO (IR)
FUNDAMENTO.
Antes de la Espectroscopia de RMN, la espectroscopia de infrarrojo (IR) era él método
instrumental aplicado con más frecuencia para la determinación de las estructuras orgánicas
Aunque la espectroscopia de RMN, en general, proporciona más información sobre la estructura
de un compuesto desconocido, la de IR todavía conserva un lugar importante en el inventario de
métodos electroscopios del químico debido a su utilidad en la identificación de la presencia de
ciertos grupos funcionales dentro de una molécula.
La radiación infrarroja es la porción del espectro electromagnético entre la microondas y la
luz visible. La fracción de la región infrarroja de más uso para la determinación de estructuras se
encuentran entre 2.5 X 10-16 y 16 X 10-6 m en longitud de onda. Dos unidades empleadas por lo
común en la espectroscopia de IR son el micrómetro y el número de onda. Un micrómetro (μm) es
10-6 m, y los espectros de IR registran la región de 2.5 μm a 16 μm corresponde a 4000 a 625 cm-1,
una ventaja de usar números de onda es que son directamente proporcionales a la energía. Por
tanto, 4 000 cm-1 es el extremo de energía alta de la escala , y 625 cm.1 es el extremo de energía
baja .
La radiación electromagnética en la
región de 4 000 a 625 cm corresponde a la
separación entre estados de energía
vibratoria adyacentes en moléculas
orgánicas. La absorción de un fotón de
radiación infrarroja excita una molécula
desde su estado vibratorio más bajo, o
basal, a uno mayor. Estas vibraciones
incluyen los modos de alargamiento y de
torsión del tipo ilustrado para un grupo
metileno. Una sola molécula puede tener
un número grande de vibraciones distintas,
y los espectros de IR de moléculas
diferentes, como las huellas digitales, son
diferentes. La superposición de sus
espectros de IR se ofrece por lo común
como prueba de que dos compuestos son
iguales.

7. INSTRUMENTACIÓN Y PRINCIPIO.
Este instrumento está basado en el principio del interferómetro de Michelson, que
funciona del siguiente modo: la radiación primero golpea a un divisor o separador que escinde el
haz de la luz en dos partes iguales (espejo semirreflejante). Estos dos haces de luz interfieren en el
divisor después en su viaje de vuelta cuando son reflejados sobre otros dos espejos. Uno dispuesto
frente a la trayectoria del haz original (espejo móvil 1) y el otro perpendicular (espejo fijo 2). En
esta trayectoria se dispone la muestra y a continuación el detector IR (ver figura)
La intensidad resultante de la superposición de los dos haces es medida como función del
desfase (s) del espejo móvil en su desplazamiento respecto la posición intermedia. El gráfico
resultante (Intensidad vs. Desfase) se denomina interferograma.
La transformación de Fourier se usa como método matemático para el desarrollo en serie
la curva obtenida (interferograma). La transformada está constituida por el sumatorio de senos y
cosenos de las distintas frecuencias ópticas que componen la radiación. Gracias a un programa de
ordenador este tedioso cálculo matemático se simplifica y se obtienen resultados exactos y
rápidos de la frecuencias elementales contenidas en el interferograma. La transformada de Fourier
(o desarrollo en serie de Fourier) del interferograma es el espectro ordinario obtenido por
aparatos convencionales IR.
En efecto, el interferograma contiene la absorción completa de la muestra descrita para
cada longitud de onda por la correspondiente disminución de intensidad luminosa. El
interferograma más sencillo corresponde a una radiación monocromática (una sola frecuencia),
obteniéndose una curva función coseno de la frecuencia correspondiente. En cualquier
interferograma cada punto contiene datos de todas las frecuencias que contiene el espectro
completo y no de una sola frecuencia como en el espectro ordinario.
Así la información de una señal con forma de coseno en el detector (interferograma más
simple) sería mostrada después de la trasformada como una sola línea de un número de onda
particular (luz monocromática de una sola frecuencia). Pero cualquier interferograma común es el
resutado de la combinación de múltiples frecuencias que con la TF es posible descubrir.

8. PREPARACIÓN DEL ANALITO.
Los espectros de IR pueden ser registrados en una muestra sin importar su estado físico,
sólido, liquido, gaseoso o disuelto en algún solvente.
Los sólidos pueden ser disueltos en un disolvente adecuado como tetracloruro de carbono
o cloroformo. En forma más común, sin embargo, una muestra sólida se mezcla con bromuro de
potasio y la mezcla se presiona hasta formar una tableta delgada, la cual se coloca en el camino
del rayo de IR.
Las muestras gaseosas requieren poca preparación más allá de su purificación, pero se usa
una celda de muestra con una larga longitud de celda (usualmente 5-10 cm) pues los gases
muestran absorbancias relativamente débiles.
Las muestras líquidas se pueden disponer entre dos placas de una sal de alta pureza
(comúnmente cloruro de sodio, o sal común, aunque también se utilizan otras sales tales como
bromuro de potasio o fluoruro de calcio. Las placas son transparentes a la luz infrarroja y no
introducirán líneas en el espectro. Algunas placas de sal son altamente solubles en agua, y así la
muestra, agentes de lavado y similares deben estar completamente anhidros (sin agua).
Las muestras sólidas se pueden preparar principalmente de dos maneras. La primera es
moler la muestra con un agente aglomerante para formar una suspensión (usualmente nujol) en
un mortero de mármol o ágata. Una fina película de suspensión se aplica sobre una placa de sal y
se realiza la medición.
El segundo método es triturar una cantidad de la mezcla con una sal especialmente
purificada (usualmente bromuro de potasio) finamente (para remover efectos dispersores de los
cristales grandes). Esta mezcla en polvo se comprime en una prensa de troquel mecánica para
formar una pastilla translúcida a través de la cual puede pasar el rayo de luz del espectrómetro.
Es importante destacar que los espectros obtenidos a partir de preparaciones distintas de
la muestra se verán ligeramente distintos entre sí debido a los diferentes estados físicos en los que
se encuentra la muestra y a que en algunos casos los agentes aglomerantes también absorben en
IR mostrando bandas características.

9. INTERPRETACIÓN DE DATOS.
Un espectro de IR típico aparece como una serie de picos de absorción de forma e
intensidad variables. Casi todos los compuestos orgánicos exhiben un pico o grupo de picos cerca
de 3 000 cm-1 debido al alargamiento carbono–hidrógeno. Los picos de 1460 a1 380 y 725 cm-1 se
deben a diversas vibraciones de torsión.
Al usar espectroscopia de IR para la determinación de estructuras, por lo general se
destacan los picos de intervalo de 4 000 a 1 600 cm-1 porque ésta es la región en la cual se
encuentran las vibraciones características de los grupos funcionales particulares. La región 1300 a
625 cm-1 se conoce como la región de huellas digitales, es aquí donde el patrón de picos varía más
de un compuesto a otro.
Los alquenos muestran un pico a 1640 cm-1 correspondiente a su vibración de
alargamiendo C=C. los picos cercanos a 1000 y 900 cm-1 son vibraciones de torsión que implican a
los hidrógenos de los carbonos de enlace doble.

10. Las vibraciones de alargamiento carbono-hidrógeno con frecuencia por arriba de 3 000 cm
también se encuentran en arenos. En este tipo de compuestos también aparecen bandas
características que muestran el grado de sustitución, ya sean monosustituídos, disustituídos, etc,
ya que cada patrón de sustitución forma combinaciones diferentes de picos.
Además de los modos de alargamiento sp C-H, hay otras vibraciones de alargamiento que
aparecen en frecuencias por arriba de 3 000 cm-1, la más importante de estas es el alargamiento
O-H de los alcoholes. En solución diluida , donde los puentes de hidrogeno son menores y las
moléculas de alcohol individuales están presentes al igual que los agregados de puentes de
hidrogeno, aparece un pico adicional aproximadamente a 3 600 cm-1.

11. Los grupos carbonilo se clasifican entre las unidades estructurales que se revelan con más
facilidad por espectroscopia de IR, El modo de alargamiento del enlace doble carbono–oxigeno da
origen a un pico muy fuerte en la región de 1 650 a 1800 cm-1.
La posición del pico carbonilo varia con la naturaleza de los sustituyentes en el gorupo
carbonilo. Por tanto, frecuencias características se asocian con aldehídos y cetonas, amidas,
esteres, como se resume en la tabla.

12. APLICACIONES.
La espectroscopia infrarroja es ampliamente usada en investigación y en la industria como
una simple y confiable práctica para realizar mediciones, control de calidad y mediciones
dinámicas. Los instrumentos son en la actualidad pequeños y pueden transportarse fácilmente,
incluso en su uso para ensayos en terreno. Con una tecnología de filtración y manipulación de
resultados en agua, las muestras en solución pueden ser medidas con precisión (el agua produce
una absorbancia amplia a lo largo del rango de interés, volviendo al espectro ilegible sin este
tratamiento computacional). Algunas máquinas indican automáticamente cuál es la sustancia que
está siendo medida a partir de miles de espectros de referencia almacenados.
Al medir a una frecuencia específica a lo largo del tiempo, se pueden medir cambios en el
carácter o la cantidad de un enlace particular. Esto es especialmente útil para medir el grado de
polimerización en la manufactura de polímeros. Las máquinas modernas de investigación pueden
tomar mediciones infrarrojas a lo largo de todo el rango de interés con una frecuencia de hasta 32
veces por segundo. Esto puede realizarse mientras se realizan mediciones simultáneas usando
otras técnicas. Esto hace que la observación de reacciones químicas y procesos sea más rápida y
precisa.

13. ESPECTROMETRÍA DE MASAS
FUNDAMENTO.
La espectrometría de masas difiere de los otros métodos instrumentales expuestos en este
capítulo en una forma fundamental. No depende de la absorción de radiación electromagnética,
sino más bien examina lo que sucede cuando una molécula es bombardeada con electrones de
energía alta. Si un electrón que tiene una energía de alrededor de 10 electrovoltios (10eV= 230.5
kcal/mol) choca con una molécula orgánica, la energía transferida como resultado de esa colisión
es suficiente para desplazar uno de los electrones de la molécula.
Se dice que la molécula AB ha sido ionizada por impacto electrónico. La especie que
resulta, llamada ion molecular, tiene carga positiva y tiene un número non de electrones, es un
catión radical. El ion molecular tiene la misma masa (menos la masa insignificante de un solo
electrón) que la molécula de la que se formó.
Aunque se requieren energías de alrededor de 10 eV, se usan energías de unos 70 eV. Los
electrones así de energéticos no sólo causan ionización de una molécula sino que imparten una
gran cantidad de energía al ion molecular, energía suficiente para romper enlaces químicos. El ion
molecular libera este exceso de energía al disociarse en fragmentos con carga positiva.
La ionización y fragmentación produce una mezcla de partículas, algunas neutras y algunas
con carga positiva.
INSTRUMENTACIÓN Y PRINCIPIO.
Para entender lo que sigue es necesario examinar el diseño de un espectrómetro de masas
de impacto electrónico, mostrando en un diagrama esquemático .La muestra es bombardeada con
electrones de 70 eV, y los iones con carga positiva resultantes (el ion molecular al igual que
fragmentos iónicos) son dirigidos a un tubo analizador rodeado por un imán. Este imán desvía los
iones de su trayectoria original, causando que adopten una trayectoria circular cuyo radio
depende de su razón masa-carga (m/z). Los iones de m/z pequeña son desviados más que los m/z
más grande. Al variar ya sea la fuerza del campo magnético o el grado en que los iones son
acelerados al entrar al analizador, los iones de una m/z particular pueden ser enfocados en forma
selectiva a través de una apertura estrecha hacia un detector, donde son contados. El escaneo de

14. todos los valores m/z de la distribución de iones de m/z de la distribución de iones positivos,
llamados espectro de masas, características de un compuesto particular.
Los espectros de masas modernos tienen conexiones con sistemas de manejo de datos
computarizados capaces de mostrar el espectro de masas de acuerdo con formatos diferentes.
Gráficas de barras en las que se traza la intensidad relativa frente a m/z son las más comunes.
Diagrama de un espectrómetro de masas. Sólo se detecta iones positivos. El catión
X+ tiene la razón masa-carga más baja y su trayectoria es desviada por el imán. El
catión Z+ tiene la razón masa-carga más alta y su trayectoria es desviada menos.
PREPARACIÓN DEL ANALITO.
En el sistema de entrada de muestras, un micromol o menos de muestra se convierte al estado
gaseoso por calentamiento a unos 400ºC y se introduce lentamente en la cámara de ionización.
La finalidad del sistema de entrada es permitir la introducción de una muestra representativa en la
fuente de iones con la mínima perdida de vacío. En los espectrómetros de masas más modernos
encontramos diferentes tipos de sistemas de entrada:
Sistemas indirectos de entrada: es el sistema más clásico y el más simple, en el cual la
muestra se volatiliza externamente y se introduce en la región de ionización que esta a
baja presión. El sistema de entrada es normalmente de vidrio para evitar posibles pérdidas
por adsorción.
Entrada por sonda indirecta: los líquidos y los sólidos no volátiles se pueden introducir en
la región de ionización mediante un soporte para muestra o sonda, el cual se inserta a

15. través de un cierre de vacío. El sistema de cierre se utiliza para controlar la cantidad de
aire que entra después de la inserción de la sonda en la región de ionización. Las sondas
también se usan cuando la cantidad de muestra es limitada ya que se pierde mucha
menos cantidad.
Sistemas de entrada cromatrográficos y de electroforesis capilar: es un tipo de sistema de
entrada especial, esta indicado su uso cuando al espectrómetro de masa va acoplado un
sistema de cromatrografía de gases o de líquidos de alta eficacia o a columnas de
electroforesis capilar que permiten la separación y determinación de los componentes de
mezclas complejas (Métodos, 2006)
INTERPRETACIÓN DE DATOS.
El espectro de masa de benceno es relativamente simple e ilustra algo de la información
que proporciona la espectrometría de masas. El pico más intenso en el espectro de masas se llama
pico base y se le asigna una intensidad relativa de 100. Las abundancias de los iones son
proporcionales a las intensidades de los picos y se reportan como intensidades relativas al pico
base. El pico base en el espectro de masas del benceno corresponde al ion molecular (M+)a
m/z=78.
El benceno no experimenta una fragmentación extensa, ninguno de los fragmentos ionicos
en su espectro de masas es tan abundante como el ion molecular.
Hay un pico pequeño una unidad de masa más alto que M—en el espectro de masas del
benceno, ¿Cuál es el origen de este pico? La mayoría de de las moléculas de benceno sólo
contienen 12C y 1H y tienen una masa molecular de 78. Proporciones más pequeñas de molécula de

16. benceno contienen 13C en lugar de uno de los átomos 12C, o 2H en ligar de uno de los protones.
Ambas de estas especies tienen una masa molecular de 79.
No solo el pico del ión molecular sino todos los picos en el espectro de masas del benceno
están acompañados por un pico más pequeño una unidad de masa más grande. En efecto, debido
a que todos los compuestos orgánicos contienen carbono y la mayoría contiene hidrógeno,
aparecerás agrupamientos isotópicos similares en los espectros de masas de todos los
compuestos orgánicos.
Los agrupamientos isotópicos son evidentes en especial cuando átomos como el bromo y
el cloro están presentes en un compuesto orgánico.
En el espectro del clorobenceno hay dos picos de ion molecular prominentes, uno en m/z
112 para C6H535Cl y el otro en m/z 114 para C6H537Cl. El pico en m/z 112 es tres veces más intenso
que el de m/z 114.
A diferencia del caso del benceno, en el cual la ionización implica pérdida de un electrón π
del anillo, la ionización inducida por impacto electrónico del clorobenceno implica pérdida de un
electrón de un par no compartido de cloro. Entonces se fragmenta la ruptura del enlace carbono-
cloro.
El pico de m/z 77 en el espectro de masas del cloro benceno, se atribuye a una
fragmentación. Debido a que no hay pico de intensidad significativa dos unidades de masa
atómica más altas, se sabe que el catión responsable del pico m/z 77 no puede contener cloro.

17. Algunas clases de compuestos son tan propensas a la fragmentación que el pico del ion
molecular es muy débil. El pico base de la mayoría de los alcanos no ramificados, por ejemplo, es
m/z de 57, 71, 85, etc. Estos picos corresponden a la ruptura de cada enlace carbono-carbono
posible en la molécula. Este patrón es evidente en el espectro de masas del decano, presentando
puntos de ruptura de acuerdo al siguiente diagrama:
Muchas fragmentaciones en la espectrometría de masas proceden de tal manera que
forman un carbocatión estable, y se aplican los principios que se han desarrollado respecto a la
estabilidad de los cationes. Los alquilbencenos del tipo C6H5CH2R experimentan la ruptura del
enlace con el carbono bencílico para formar m/z 91 como el pico base.
Entender como de fragmentan las moléculas con el impacto electrónica permite analizar
un espectro de masas con suficiente detalle para deducir la estructura de un compuesto
desconocido. Se han analizado miles de compuestos de estructura conocida por espectrometría de
masas, y los patrones de fragmentación que caracterizan a diferentes clases están bien
documentados.
APLICACIONES.
Aplicaciones cualitativas
Determinación del peso molecular de todas las sustancias que pueden volatilizarse por la
posición del pico correspondiente a la masa patrón.
Determinación de la formula molecular. Si el instrumento es de gran resolución bastará la
determinación precisa de su masa molecular para poder atribuirle una fórmula empírica.
Otras veces puede determinarse por la relación entre las alturas del pico correspondiente
a la masa patrón y la de los picos de los isótopos. Existe una tercera forma que sería con la
regla del nitrógeno, según la cual todas las sustancias orgánicas con peso molecular par
deben de contener un número par o ningún átomo de N y los de número impar deben de
contener un número impar. Por el contrario los fragmentos moleculares por rotura de
enlace, tienen una masa impar si contienen cero o número par de átomos de N y masa par
si el número de átomos de N es impar.
Identificación de compuestos por su fragmentación patrón: la fragmentación de la mayor
parte de las moléculas produce un gran número de picos que permiten la identificación de

18. numerosos compuestos y el reconocimiento de ciertos grupos funcionales de ellos. Se han
descrito una serie de reglas generales que rigen los procesos de fragmentación, los cuales
son de gran utilidad para la determinación de los espectros.
Identificación de productos de reacción o de productos metabólicos: se usa en cinética
química y en farmacología pudiéndose llegar a identificar impurezas y metabolitos a
concentraciones de pocas partes por millón.
Caracterización y análisis de polímeros: el polímero se piroliza en condiciones controladas
y los productos volátiles se hacen pasar a un espectrómetro para su análisis.
Análisis de sangre: gracias ala rapidez del método, se puede emplear incluso como control
durante un proceso quirúrgico. Así se puede determinar a gran velocidad las
concentraciones hemáticas de monóxido y dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, gases
anestésicos (como el NO).
Estudiar la abundancia de isótopos: Esta fue la finalidad con la que fue creada la técnica y
en la actualidad se usa para análisis por dilución de isótopos, estudios con trazadores
isotrópicos, estudiar la edad de las muestra por su proporción de isótopos con la ventaja
frente a los radiactivos que se pueden medir los isótopos no radiactivos.
Aplicaciones cuantitativas
Para la determinación cuantitativa de los componentes de una mezcla es conveniente que
cada uno de ellos presente por lo menos un pico que difiera claramente de los demás. La
calibración se realiza por comparación de los picos con patrones adecuados. Las alturas de los
picos son directamente proporcionales a las presiones parciales de los componentes volatilizados
en la muestra.
Las aplicaciones cuantitativas de la espectrometría de masas para analisis cuantitativo son de
dos tipos:
Determinación cuantitativa de especies moleculares o tipos de especies moleculares en
muestras orgánicas, biológicas y ocasionalmente inorgánicas: normalmente tales analisis
se llevan a cabo haciendo pasar la muestra a través de una columna cromatrográfica o de
electroforesis capilar y posteriormente por el espectrómetro.
Determinación de la concentración de elementos en muestras inorgánicas y, en menor
medida, de muestras orgánicas y biológicas: las concentraciones de analito en este caso se
obtienen directamente a partir de las alturas de los picos de los espectros de masas. Se
crean curvas de calibrado que nos permiten el analisis cuantitativo gracias a la existencia
de picos únicos para cada componente y cada valor de m/z.

19. ESPECTROMETRÍA RMN
FUNDAMENTO
Es una técnica empleada principalmente en la elucidación de estructuras moleculares,
aunque también se puede emplear con fines cuantitativos.
Algunos núcleos atómicos sometidos a un campo magnético externo absorben radiación
electromagnética en la región de las frecuencias de radio o radiofrecuencias. Como la frecuencia
exacta de esta absorción depende del entorno de estos núcleos, se puede emplear para
determinar la estructura de la molécula en donde se encuentran éstos.
Para que se pueda emplear la técnica los núcleos deben tener un momento magnético
distinto de cero. Esta condición no la cumplen los núcleos con número másico y número atómico
par (como el 12C, 16O, 32S). Los núcleos más importantes en química orgánica son: 1H, 13C, 31P,
19F y 15N. Otros núcleos importantes: 7Li, 11B, 27Al, 29Si, 77Se, 117Sn, 195Pt, 199Hg, 203Tl,
205Tl, 207Pb
Se prefieren los núcleos de número cuántico de espín nuclear igual a 1/2, ya que carecen
de un momento cuadrupolar eléctrico que produce un ensanchamiento de las señales de RMN.
También es mejor que el isótopo sea abundante en la naturaleza, ya que la intensidad de la señal
dependerá de la concentración de esos núcleos activos. Por eso, uno de los más útiles en la
elucidación de estructuras es el 1H, dando lugar a la espectroscopia de resonancia magnética
nuclear de protón. También es importante en química orgánica el 13C, aunque se trata de un
núcleo poco abundante y poco sensible.
La técnica se ha empleado en química orgánica, química inorgánica y bioquímica. La misma
tecnología también ha terminado por extenderse a otros campos, por ejemplo en medicina, en
donde se obtienen imágenes por resonancia magnética.
INSTRUMENTACIÓN Y PRINCIPIO
Un espectrómetro de RMN consta de las siguientes partes fundamentales:
Un imán que genere un campo magnético estable, el cual puede ser de una intensidad
variable, definiendo la frecuencia de resonancia de cada núcleo. Generalmente se
identifica cada espectrómetro por la frecuencia de resonancia del protón, así en un imán
de 7.046 Tesla, los núcleos de 1H resuenan a 300 MHz, y por tanto sería un espectrómetro
de 300 MHz. Por el momento el imán de mayor campo magnético del mundo lo ha

20. instalado Bruker en la Unviersiad de ciencia y tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita,
de 950 MHz (22.3 Tesla).1
Una sonda, que se sitúa dentro del imán, en la que se introduce la muestra y que consta
de las bobinas responsables de emitir y recibir las radiofrecuencias (RF). El número de
bobinas y su disposición determinan el tipo y las aplicaciones de cada sonda.
Una consola en la que se generan los pulsos de RF y se controla el resto de la parte
electrónica del espectrómetro
Un ordenador que sirve de interfaz con el espectrómetro y con el que se analiza toda la
información obtenida.
INTERPETACIÓN DE DATOS
A).- Interpretación de espectros de resonancia magnética nuclear de protón.
El estudio de un espectro de resonancia magnética nuclear permite la obtención de
apreciable información sobre la estructura de un compuesto orgánico a la que es conveniente
acceder de una forma sistematizada para conseguir un más alto rendimiento. Cuatro son los
aspectos primarios en cuanto a información que deben investigarse:
1º. Número de señales (o grupos) presentes que se corresponden con el número de tipos de
hidrógeno distintos existentes en la molécula, entendiendo por “tipos de hidrógeno” no
diferencias en cuanto a la naturaleza del elemento que, lógicamente, en todos es igual sino los
distintos alrededores moleculares, electrónicos y estéricos, que puede percibir un hidrógeno por
su situación concreta en una molécula. Compruebe que existen seis tipos distintos de hidrógenos
en la molécula siguiente :
cuyo espectro se incluye a continuación con la correspondiente asignación de las seis señales
existentes correspondientes a los distintos tipos de hidrógeno :

21. cada tipo de hidrógeno aparece como una señal simple, después veremos que también podrán ser
múltiples (grupo de señales).
2º. Posición de las señales, en referencia al valor de abscisa con que cada señal aparece en el
espectro y que es función del campo magnético necesario para hacer resonar cada tipo de
hidrógeno influenciado por alrededores electrónicos moleculares distintos. En el siguiente
espectro en el que se indican las asignaciones, se incluye además una tabla que muestra el tipo de
hidrógeno (group, numerado en la fórmula) al que se refiere cada fila, el número de hidrógenos
equivalentes que pertenecen a ese tipo (nH), su posición en la escala δ (abscisa proporcional a la
intensidad de campo magnético, denominada habitualmente desplazamiento químico, shift) y
finalmente el error de cálculo al tratarse de un espectro obtenido teóricamente:
3º. Multiplicidad de las señales. Como puede apreciarse, en los espectros estudiados hasta ahora
en esta ficha, las señales que representan a los distintos tipos de hidrógeno son señales simples,
singletes, es decir señales compuestas de un único pico, sin embargo, es muy frecuente encontrar
en los espectros señales múltiples conteniendo varios picos, con una proporción definida,
representando el conjunto a un sólo tipo de hidrógeno. La causa de esta multiplicidad es el efecto
magnético que ejercen los núcleos de hidrógeno contiguos sobre el hidrógeno en resonancia, lo
que se conoce como acoplamiento spin-spin. Esto puede observarse en el sencillo espectro que se
muestra a continuación:

22. En este espectro se ven acoplados los hidrógenos de los carbonos 1 y 2 que son vecinos y
también hay acoplamiento entre los hidrógenos de los carbonos 3 y 4. Normalmente el efecto de
acoplamiento spin-spin sólo se aprecia entre hidrógenos de carbonos vecinos. La multiplicidad que
se observa es la siguiente : los hidrógenos 1 aparecen como doblete porque tienen un único
hidrógeno vecino, el del carbono 2, apareciendo este hidrógeno como septuplete (señal
compuesta por siete picos) al ser seis los vecinos que tiene su carbono contiguo, el 1. Al otro lado
del grupo éster también se muestran acoplados los hidrógenos 3 y 4, siempre con una
multiplicidad que responde a un número de picos igual a n+1 donde n es el número de hidrógenos
de los carbonos inmediatamente contiguos, así 3 es un cuadruplete (3 H vecinos) y 4 un triplete (2
H vecinos). A veces, como ocurre con las señales 1 y 4, los grupos múltiples están muy próximos o
incluso pueden solaparse, pero su diferenciación puede hacerse ya que las alturas de los picos que
componen una misma señal responden a valores definidos lo que permite su identificación. La
separación entre dos picos cualesquiera de cada una de dos señales múltiples acopladas es
siempre un valor constante que se denomina constante de acoplamiento. Se simboliza esta
constante por J y se expresa en unidades de frecuencia (hertzios).
4º. Área bajo las señales. La absorción de energía que se produce al entrar en resonancia un tipo
de hidrógeno es directamente proporcional al número de hidrógenos que integran ese tipo,
porque a más hidrógenos se requiere absorber más energía y se aprecia una mayor intensidad en
la señal generada. La mejor forma de medir esta magnitud proporcional a la absorción es medir el
área bajo las señales. Este área no se expresa en unidades absolutas de superficie sino con una
línea de saltos los cuales son en su altura proporcionales a la superficie contenida bajo las curvas
por lo que la medida tiene carácter relativo, no absoluto, a no ser que sea conocido el número
total de hidrógenos que posee la molécula en estudio lo que permitirá deducir el salto que
corresponde a cada hidrógeno dividiendo el salto total entre el número total de hidrógenos. Los
saltos quedan reflejados en la línea de integración que aparece en los espectros por encima de las
señales. En las señales múltiples, el salto atribuible a un grupo es la suma de todos los saltos que
producen los distintos picos que lo componen.

23. INTERPRETACIÓN DE ESPECTROS DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE 13C
El núcleo 13C también muestra resonancia magnética nuclear ya que, al igual que los
protones, tiene espín ½. Su abundancia es de sólo el 1,1 % y por ello no es normal ver el
acoplamiento entre núcleos de carbono. El núcleo de 13C es unas 400 veces menos sensible que
los protones en la RMN. Los desplazamientos químicos, también medidos con respecto al
tetrametilsilano (TMS), se encuentran en el rango de 0-220 ppm y son afectados por los mismos
factores que en el caso de los protones.
Los factores que influyen en el desplazamiento químico del las señales en el RMN 13C son:
electronegatividad de los grupos unidos al carbono
hibridación del carbono

24. APLICACIONES.
La aplicación fundamental de la espectroscopia de RMN es la determinación estructural,
ya sea de moléculas orgánicas, organometálicas o biológicas. Para ello es necesario la realización
de diferentes tipos de experimentos de los cuales se obtiene una determinada información.
La técnica se ha empleado en química orgánica, química inorgánica y bioquímica. La misma
tecnología también ha terminado por extenderse a otros campos, por ejemplo en medicina, en
donde se obtienen imágenes por resonancia magnética.
Para la elucidación estructural de moléculas orgánicas y organometálicas los experimentos
más utilizados son los siguientes:
Espectro monodimensional de 1H: Da información del número y tipo de hidrógenos
diferentes que hay en la molécula. La posición en el espectro (desplazamiento químico)
determina el entorno químico del núcleo, y por tanto da información de grupos
funcionales a los que pertenecen o que están cerca. La forma de la señal da información
de los protones cercanos acoplados escalarmente.
Ejemplo de un espectro APT, un tipo de experimento de 13C.

25. Espectro monodimensional de 13C: Al igual que en 1H el desplazamiento químico da
información de los grupos funcionales. Dependiendo del tipo de experimento realizado se
puede obtener información del número de hidrógenos unidos a cada carbono.
REFERENCIAS.
Carey, F. A.: Química Orgánica. Ed. McGraw-Hill, 1999
Fessenden, R.J. y Fessenden, S.J., 1993. Química Orgánica. Grupo Editorial Iberoamérica,
México.
Graham Solomons, T. W.: Química Orgánica. Ed. Limusa. México, 1999
McMurry, J., 2001. Química Orgánica. 5a. edición. Internacional Thomson Editores,
México.
Meislich, H.; Nechamkim, H. y Sharefkin, J.: Química Orgánica. McGraw-Hill, 2000.
Morrison R.T. y Boyd, R.N., 1990. Química Orgánica. 5a. Edición Addison-Wesley
Interamericana, México.