Mtodos Espectroscpicos de AnlisisProfesor: Jos Luis Todol TorrCrditos tericos: 6.0Objetivos1.- Conocimiento de los procesos que tienen lugar cuando se produce la interaccin entre la radiacin y la materia2.- Reconocimiento de las diferentes tcnicas espectroscpicas para el anlisis elemental y molecular3.- Identificacin de los componentes de un instrumento, su funcionamiento y su utilidad4.- Conocimiento de las bases fsicas sobre las que se fundamenta cada unade las tcnicas espectroscpicas5.- Asociacin del tipo de informacin que puede ser suministrada por cada unade las tcnicas estudiadas6.- Conocimiento de las ventajas e inconvenientes de cada una de las tcnicas7.- Reconocimiento de la tcnica espectroscpica ms adecuada para una aplicacin determinadaOfrecer al alumno una visin detallada de los mtodos de anlisis basados en la espectroscopa atmica y molecular: fundamentos, instrumentacin y aplicacionesUbicacin de las tcnicas Espectroscpicas6.- Potencial elctrico7.- Carga elctrica8.- Corriente elctrica9.- Resistencia elctrica12.- Razn masa - carga13.- Velocidad de reaccin14.- Propiedades trmicas15.- RadiactividadMtodos pticosMtodos electroanalticosEspectrometra de masasMtodos cinticosMtodos trmicosMtodos radioqumicos1.- Emisin de radiacin2.- Absorcin de radiacin3.- Dispersin de radiacin4.- Refraccin y difraccin de radiacin5.- Rotacin de radiacinPropiedad medidaMtodos Espectroscpicos de anlisis1.- Introduccin a la espectroscopa analtica2.- Instrumentacin general en espectrofotometra visible-ultravioleta3.- Espectroscopa atmica en llama: absorcin y emisin4.- Espectroscopa de absorcin atmica sin llama5.- Espectroscopa de emisin atmica en plasma6.- Espectroscopa de fluorescencia de rayos X7.- Espectroscopa de absorcin molecular visible-ultravioleta. Fluorescencia8.- Espectroscopa de absorcin infrarroja y espectroscopa RamanAspectos generalesMtodos atmicosMtodos molecularesTEMA 1: Introduccin a la espectroscopa analtica1.- Estructura atmica.2.- Nomenclatura de estados atmicos.3.- Estados fundamentales y excitados. Reglas de Hund.4.- Los espectros atmicos.5.- Emisin y absorcin de radiacin.6.- Ley de Maxwell Boltzmann.7.- Anchura y fuentes de ensanchamiento de las lneasespectrales.8.- Modo de trabajo en las tcnicas espectroscpicas.Parmetros analticos.9.- Criterios analticos de seleccin de una tcnica espectroscpica.1. Estructura atmicaNmeros cunticos Valores Smbolon:nmero cuntico principal 1, 2, 3, 4... K, L, M, N...l: momento angular orbital (l < n) 0,1,2...n-1 s, p, d, f...ml:nmero cuntico magntico orbital l, l-1...,0,...-l s, px, py, pz,..s:momento angular intrnseco 1/2ms:nmero cuntico de spin + 1/2, -1/2+mpmer-(r,, )=R(r)P()F()nnmerocunticoprincipallnmerocunticoorbitalmlnmerocunticomagnticoR(r) n = 1,2,3P() l= 0,1,2n-1F() m1=-l,-l+1,+lExiste solucin si y slo siExiste solucin si y slo siExiste solucin si y slo siNmeroDescripcin Valores permitidos SmboloscunticoL Momento angular orbital total L = l1+ l2, l1+l2-1,... l1-l2 0 = Sdetermina la magnitud del1 = Pmomento angular orbital. 2 = D, etc.MLMomento magntico total, ML= (ml)idescribe la orientacin del 2L + 1 valores posiblesvector momento angular.S Nmero cuntico de spin total, S = s1+s2, s1+s2-1,... s1-s2 2S+1describe la magnitud del momento = singuleteangular de spin. = dobleteMSNmero cuntico de spin MS= (ms)imagntico, describe la 2S + 1 valores posiblesorientacin del vector momentoangular de spin.J Nmero cuntico angular total, J = L+S, L+S-1, ..., L-S determina la magnitud del momentoangular total del tomo.MJNmero cuntico magntico total, MJ= J, J-1, ... -Jdescribe la orientacin del vector 2J + 1 valores posiblesmomento angular total.Nmeros cunticos para tomos con varios electrones (acoplamiento LS)Explicacin vectorial del acoplamiento LSSL J = L + S( ) 1 + = j j Jj = nmero cuntico magntico angular total J = L + SSJSLJ21= s21 = s23= j21= j23;21;21;23 =jm21;21 =jml = 1 ) 1 ( ; ) 1 ( + = + = S S S L L LLl = 123=jm21=jm21 =jm23 =jm2. Nomenclatura de estados atmicosn LJ2S+12S + 1 Multiplicidad del trmino(nmero de niveles que provienen de un trmino)1: Singulete 4: cuartete2: doblete 5: quintete3: triplete 6: sexteteSmbolos de los trminos (sin J)Estados (con J)Electrones s: l = 0; L = 0 = SS = 0 (2S+1= 1)=1SElectrones p y d: l = 1 y 2; L = 3,2, 1, 0 = S, P, D y FS = 0, 1 (2S + 1 = 1, 3)=1P, 3P, 1D, 3D, 1F y 3FConfiguracin 1s22s22p13d1Origen de los trminos para el tomo de carbono: 1s22s22p2ml1ml2MLms1ms2MSTrmino1 1 2 1/2 -1/2 01D1/2 1/2 13P1 0 1 1/2 -1/2 01D, 3P-1/2 1/2 0-1/2 -1/2 -1 3P1/2 1/2 13P1-1 0 -1/2 -1/2 -1 3P1/2 -1/2 0 1D, 3P-1/2 1/2 00 0 0 1/2 -1/2 0 1S1/2 1/2 1 3P0-1 -1 1/2 -1/2 0 1D, 3P-1/2 1/2 0-1/2 -1/2 -13P-1-1 -2 1/2 -1/2 0 1D1D2, 3P2, 3P1, 3P0y 1S0orbitales de nmero melectrones de nmero nn n mmos microestad N::15! )! 2 (! 2 ==2 e-y 3 orbitales (px, py, pz)C 1s22s22p21S1D3P1S01D23P23P13P04F; 4P; 2H; 2G; 2F; 2D; 2Pd3; d72D d; d93P; 1D; 1S p2; p41S s2; p6; d10Electrones equivalentesTRMINOS CONFIGURACINTRMINOS CONFIGURACIN3D; 1D; 3P; 1P; 3S; 1Spp1D; 3D sd1P; 3P sp1S; 3S ssElectrones no equivalentesSubcapas cerradas(ms1=1/2; ms2=-1/2)Slo trminos 1Se-equivalentes:estn en la misma subcapa (n y l iguales)3. Estados fundamentales y excitados. Reglas de HundEl trmino ms estable es por este orden:= El de mayor multiplicidad de spin= El de mayor L= El de menor (o mayor) valor de J1.- Calcular S simplemente sumando loselectrones desapareados asignndolesun valor de a cada uno.2. Calcular L: + celda +2 hay 2 electrones L=2*2=4+ celda +1 2 electrn, L = 1*2= 2+celda 0 hay 1 electrn, L = 0*1= 0+celda -1 hay 1 electrn, L = -1*1= -1+celda -2 hay 1 electrn, L = -2*1= - 2Valor total de L = +4 +2 +0 -1 -2; L=3.Configuraciones d1, d4, d6y d9 trminos en estado fundamental DConfiguraciones, d2, d3, d7, d8 trminos en estado fundamental F.Configuracin d5 trmino S en estado fundamental.Configuraciones d1, d4, d6y d9 trminos en estado fundamental DConfiguraciones, d2, d3, d7, d8 trminos en estado fundamental F.Configuracin d5 trmino S en estado fundamental.dn210-1-2LS Trmino estado fundamental d121/22D d231 3F d333/24F d422 5D d505/26S d6 22 5D d7 33/24F9/2 d8 31 3F d9 21/22D Electronespticos VIS-UVElectrones pticos RXOrigen:+transiciones de electrones de la capa exterior del tomo (VIS-UV)+ transiciones de electrones de capas interiores del tomo (RX)4. Los espectros atmicosn1 2 3 4 5Capa K L M N Ol0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0Sub-capas s p s p d s p d f sAl 2 2 6 2 1Mn 2 2 6 2 6 5 2Mo 2 2 6 2 6 10 2 6 5 1EnergaEspectro atmicoInformacin cualitativa(identificacin de compuestos)Informacin cuantitativa(determinacin de la concentracin)Interpretacin de los espectros6 6s6p6d 6f6d 6f5 5s5p5d 5f5d 5f6p6s5p5s4p3d4s3p3s4d 4f4s4 4p4d 4f33s3p3d2p2s2H Li NaNiveles energticos2103214324p4dS =0SinguletesS =1Tripletes1P1D1F3P3D3F1P11D21F33P0,1,23D1,2,33F2,3,4InteraccinEspn-espnInteraccinOrbital-orbitalInteraccinEspn-orbitalUna energa = 0 significa que el electrn est libre del ncleoLos niveles energticos se aproximan cuando se alcanza la energa de ionizacinSerie de Lyman(ultravioleta)Serie de Paschen(infrarrojo)Serie de Balmer(visible)A partir del modelode Bohrn2n1eVn nh E = = 22211 16 . 13 c=n=3n=2n=1 n=4n=5410.2 nmvioleta434.1 nm violeta656.3 nmrojo486.1 nmazul verdosoHHHDiagrama de Grotrianpara el Hidrgeno876542P1/2,3/22S1/22D3/2,5/22F5/2,7/276546543654Fundamental15166 cm-1Difusa11690 cm-1, 11772 cm-1Principal7645 cm-1, 7699 cm-1Neta12434 cm-112523 cm-1Energa de excitacin, eV33n n n nEspectros de absorcin:PrincipalEspectros de emisin:NetaDifusaFundamentalDiagrama de Grotrianpara el sodio3s 2S-3p 2P (amarillo)3p 2P-3d 2D (rojo)Eexc(eV)598493757937453373924827940277402723243732435291422906629020253471120167.08266.92669.87669.60309.28308.22309.27396.15394.40345.26344.48344.36343.93J Conf.electrnica1 3p32 3p10 3s23/21/2 5p5/23/2 3d5/23/2 3p21/21/23/2 3p1/2Niveles electrnicos (Aluminio)In (Al+)tomo (Al0) La primera lnea de la serie principal (s a p) se denomina lnea de resonancia, ya que en sta se ve involucrado el estado fundamental. Por ejemplo, las lneas NaI D: 3s2S- 3p2P3/2l5889.953y 3s2S- 3p2P1/2l5895.923Reglas de seleccin de transiciones1.- l (L) = 12.- s (S) = 03.- J = 0 14.- MJ=0 1Estados metaestables(Transiciones prohibidas)Ejemplos: Ca 4 3PCa 3 1D(e.f. 1S) Las transiciones prohibidas se representan entre corchetes: [OIII] 3P21D2a 5007A. Las transiciones prohibidas entre niveles del mismo trmino son lneas de estructura fina: [OIII] 3P13P2a 51.8m. Transiciones semi prohibidas, cuando S=1 y se representan por un corchete: CIII] 1S0-3P1a 1909A. En algunos casos, no hay transiciones permitidas a un nivel energtico inferior: especies metastables.5007 [OIII]Primer estado excitado: 1s22s2p 1P , 3P con J=1 y J=0,1,2 resp.Estado fundamental: 1s22s2 1S.2s2p1P2s2 1STransicin 1Transicin 22s2p3P 2s2 1S(1909A) S=1, L=1Semiprohibida(977A)S=0,L=1PermitidaC2+A1=100 s-1A2=1.8x109s-15. Emisin y absorcin de radiacinhEjEiAbsorcin Emisin espontneahEjEiEmisin estimulada(fluorescencia)hEjEihhEmisin en llama (FAES)Emisin en plasma (ICP-AES)Fluorescencia atmica (rayos X)Fluorescencia molecular (luminiscencia)Absorcin en llama (FAAS)Absorcin molecular (UV-VIS)Absorcin molecular (IR)LASER: frecuencia de la radiacinIemisin= AjiNjh Iabsorcin= BijNi h Iemisin ind.= BjiNj h nmero de transiciones para la emisin espontneanmero de transiciones para la absorcinnmero de transiciones para la emisin inducidaNjy Ni:nmero especies en el estado energtico superior j e inferior i, respectivamenteEAjiBijBjiEj; Nmero de tomos = NjEi; Nmero de tomos = Nit ANNLn dt ANdNN AdtdNjijjjijjj jij = = =0 ; ;: vida media del estado excitado = 1/Aji 1/(Aji+ Aotros procesos): densidad de energa (erg/cm3)tjt Aj je N e N t Nji= =0 0) (-15-10-501500 2500 3500 4500 5500Temperatura (K)log (Nj/Ni)CsNaCaZn6. Ley de Maxwell - BoltzmannT: temperaturaEj, Ei: Energas de los dos nivelesk: constante de Boltzmanngj, gi: n niveles con la misma energakTE Eijiji jeggNN=Al aumentar la temperatura El nmero de tomos en el estadoexcitado aumenta:Al disminuir la diferencia entre energas Al aumentar la longitud de onda 7. Anchura y fuentes de ensanchamiento de las lneas espectralesAnchuramedia10 2I0/2I0Anchura a mitad de altura 1/2 1/2Tendencia asindtica a 0hE EhEj i ==021 1+= j iNt t1. Ensanchamiento naturalTiempoh1 h2h3h4 2ht Ei i t1tnti: tiempo que un tomo pasa en el estado excitado i-d+d2. Ensanchamiento DopplerPerfil gaussianoDesplazamiento de tomos al azar: frecuencia de la lnea: longitud de onda de la lneaT: temperaturam: masa atmica del elementomkTmkTcD2 1 2 = = E1E0E2E3h2h3E0E03.- Ensanchamiento Lorentz( )+ = 2 / 12 1221 121M MRT NbL Aumenta con la presinCambia : (L)s 0.36 (L)b: seccin eficaz de choqueN2: densidad partculas extraasM: masa del tomo considerado (1)y del extrao (2)E1>E0T (L)b/2 + [((L)b/2)2+ (D/2)]1/2Ensanchamiento combinado (Voigt profile)4.- Autoabsorcin01Gradiente decreciente de T y energa01Al aumentar la T (energa), aumenta la anchuraAl aumentar msla T (energa): ensanchamientoDopplerEfecto Doppler y Lorentzms significativos; cae la altura del pico5.- Efecto ZeemanJ = 1MJ= +1MJ= 0MJ= -1J = 2MJ= +2MJ= +1MJ= 0MJ= -1MJ= -2J = 1/2MJ= +1/2MJ= -1/21D2MJ+2+10-1-21P1+10-1MJ-1 0 +1- +B1. Zeeman normal (Ca7326 )1. Zeeman normal (Ca7326 )0Espectros2P1/2MJ+1/2-1/2+1/2-1/22S1/2MJ-1 00 +1B- + +02. Zeeman anmalo (Na D1)2. Zeeman anmalo (Na D1)Aplicando campo magnticoSin aplicar campo magnticoPieter ZeemanNobel prize 1902(nunca supo porqu)8. Modo de trabajo en las tcnicas espectroscpicas. Parmetros analticosToma y preparacin de la muestraIntroduccin de la muestra en el equipoTransferencia de energa a tomos/molculas de la muestraTratamiento de la radiacin proveniente de muestraMedida de la energa de la radiacinMuestraConcentracin deanalito desconocidaPatronesConcentracin deanalito conocidaAdquisicin y tratamiento de los datosNombre S mbol o Defi ni ci n descri pti vaDefi ni ci nmatemti caSensi bili dad encali braci nMPendi ente de la curva decali brado( )ccSSensi bili dad enabsorci n atmi caMAConcentraci n o masa queda lugar a un 1% deabsorci n o 99% detransmi si n o A = 0.004365% 990044 . 0=TmSensi bili dadanalti caPendi ente de la curva decali brado di vi dida por l adesvi acin estndar de l aseal anal ti caM/SsSensibilidadLmite de deteccin (LOD)Lmite de cuantificacinIntervalo dinmicoMenor concentracin de analito que se puede detectar en la muestra con un cierto nivel de confianzaScLODksbmksLODb=sbRecta decalibradoexactitudPrecisinVariacin del resultado- Corto plazo- Largo plazo=Desviacin estndar (absoluta y relativa)=Varianza=Coeficiente de variacinResultado verdadero=Recuperacin muestrascertificadas=Comparacin estadstica (F y t)100 * Reverdadera in concentracobtenida in concentraccuperacin =9. Criterios analticos de seleccin de una tcnica espectroscpica.Intervalo dinmicoDeterminacin de concentraciones bajas de analitoDeterminacin de concentraciones muy diferentes de analitoInexistencia de interferencias causadaspor otros analitosCoste, rapidez, capacidad simultnea y multielemental, requirimientos estado de la muestraSensibilidad y lmite de deteccinSelectividadTEMA 2: Instrumentacin general en espectrofotometravisible - ultravioleta1.- Caractersticas de la luz como onda.2.- Componentes de los fotmetros y espectrofotmetros.3.- Fuentes de radiacin.4.- Difraccin, refraccin y reflexin de la luz.5.- Monocromadores5.1.- Filtros5.2.- Prisma5.3.- Redes de difraccin5.4.- Efecto de la anchura de la rendija5.5.- Separadores de haces5.6.- Fibra ptica6.- Detectores.7.- Sistemas integrados.1.- Caractersticas de la luz como ondaCoherenteNo coherenteColimadaDivergenteCampo elctrico (E)Campo magntico (B)Longitud de onda ()Direccin de propagacinPolarizadaNo polarizadaMonocromticaPolicromticaFuente (lmpara o slido incandescente)Cubeta de la muestraSelector de DetectorLectura y procesamiento de la sealMuestraFuente (lmpara o de lser)Selector de DetectorLectura y procesamiento de la seal2.- Componentes de los fotmetros y espectrofotmetrosAbsorcinFluorescenciaMuestraSelector de DetectorLectura y procesamiento de la sealEmisinCondiciones: Generar un haz con suficiente energa Haz con radiacin de frecuencia (longitud de onda) adecuadas Radiacin emitida estable=Fuentes incandescentes Emisin de cuerpo negro h mxima 2.82 kT;E V4Fuentes continuas3.- Fuentes de radiacinFilamentoLmpara de filamento de Wolframio= Fuentes de descargas Descarga ctodo/nodo Tubo de descarga de H2 D2 til de 180 a 375 nm (UV)Reflector parabliconodoCtodoVentana= Fuentes de lneasLASER (Light Amplification by Stimulated Emission of RadiationCaractersticas de un haz de luz lser:=Monocromtico= Intenso= Coherente= ColimadoNivel de bombeoEstado fundamentalRelajacin rpidaRelajacin rpidaEmisin lserNivel lser superior(Metaestable)Nivel lser inferior(Metaestable)Suministro de energaCondiciones:+Inversin de poblacin (Nj>Ni)+Niveles excitados metaestables+Los fotones emitidos deben estar confinadosTransicin RpidaTransicin lentaEspejo reflejanteEspejo semitransparenteCavidad LASER conteniendo el medio activo(slido, lquido o gas)Suministro de energa (luminosa, elctrica, etc.)al medio activo e inversin de poblacinProduccin de emisin espontnea (lneasrectas) precursora de la emisin estimulada(ondas)Intensificacin de la emisinestimulada y reflexin sobreel espejo reflejanteObtencin del haz lsera la salida (derecha) de lacavidadtomos, iones o molculas en estado fundamentalNivel energtico de bombeo Estado metaestable superiorEmisin espontneaEmisin estimuladaLectura de cdigos de barras, CDs, DVDs y comunicaciones 0.610000.33-0.40Semicon-ductorDiodosTaladrado, cortado, vaporizacin5x10141.064 Estado slidoNd-VidrioTaladrado, cortado, vaporizacin10002x1081.064 Estado slidoNd-YAGTaladrado, holografa0.694 Estado slidoRubDeteccin de contaminantes, espectroscopa0.01 1060.38-1Lquido ColoranteEspectroscopa, espectculos luminosos0.05-0.1 0.441 0.325Vapor metlicoHeCdCiruga, medidas a distancia, holografa0.005-20 0.488 0.514Iones gaseososArgnCortado, marcado 500-150009.6; 10.6Gas CO2Medida de tamao de partculas, comunicaciones, grabado de hologramas0.00005-0.050.632 1.15; 3.39Gas He-NeAplicaciones Potencia mxima (W)(m)Tipo LserEspectro emisin lser de KrEspectro emisinlser de ArLongitud de onda (nm)Radiacin espectral relativaProteccin de mica Proteccin de micaCuVentana de cuarzo Ventana de cuarzonodo nodoCtodo CtodoContactos elctricos Contactos elctricosGas de relleno ( Gas de relleno (Ne Ne oo Ar Ar) )Ctodo hueconodotomo tomoe-Descarga elctrica Descarga elctricaNe++ e-Bombardeo BombardeoEmisin EmisinExcitacin ExcitacinRelajacin RelajacinFotn especficoFotn especfico del tomo excitado del tomo excitadoE En nE Eo oE En nE Eo oLmpara de ctodo hueco1.- Aplicacin voltaje (100-400 V)Ne + e- Ne++ 2 e-2.- Colisin e-- ctodoM(s) + Ne+M(g)3.- Colisiones M(g) - e-( Ar+)M(g) + e-rpidos M*(g)M(g) + Ne+rpidos M*(g)4.- Desactivacin (emisin)M*(g) M(g) + h1.- Aplicacin voltaje (100-400 V)Ne + e- Ne++ 2 e-2.- Colisin e-- ctodoM(s) + Ne+M(g)3.- Colisiones M(g) - e-( Ar+)M(g) + e-rpidos M*(g)M(g) + Ne+rpidos M*(g)4.- Desactivacin (emisin)M*(g) M(g) + hLmpara monoelementalLmpara con seis ctodosEspectro obtenido con unalmpara de ctodo huecoLongitud de onda (nm)Intensidad de luz emitidaRegin del UV vacoUVVISIBLEIR Prximo IR IR Lejano espectroFUENTESFuentesContinuasDe lneasLmpara deargn Lmpara de xenn Lmpara deH2 D2 Lmpara de wolframioEmisor de Nernst (ZrO2+ Y2O3)Hilo de nicromo (Ni+Cr)Fuente Globar (SiC)Lmpara dectodo huecoLongitud de onda 1002004007001000200040007000 100002000040000xyFuenteMximo dela onda4.- Difraccin, refraccin y reflexin de la luz4.1.- Difraccin de la luzIntensidadPatrn de intensidad de radiacin cuando se ilumina una rendija estrecha con radiacin homogneaCapacidad de la luz o de calquier otra onda(sonido, agua, etc.) de propagarse alrededorde un obstculo.Cada punto del frente de ondas se convierte en una fuente de ondas secundariasABOCXDEOscuridadLuzYBOCDEFExperimento de YoungExperimento de Young sen__ __BC CF = sen__ __BC CF = =(Haces en fase)n= BC senDistanciaIntensidad relativandice de refraccin, nini= c/vic: velocidad de la luzvi: velocidad de la radiacin en el medio iM1< M2( )212sen) (senaireairen = M1(aire)nvac = 1.00027 naire4.2.- Refraccin de la luzM1M212cspedasf al t ogua; nW= 1.33Las crestas de lasondas se estrechandebido a que la velocidad de propagacin en aguaes menor que en aireAire; nA= 1.0gua; nW= 1.33Las crestas de lasondas se estrechandebido a que la velocidad de propagacin en aguaes menor que en aireAire; nA= 1.0Cuando la luz entra de acuerdo con un ngulo, se tuerceAire; nA= 1.0Cuando la luz entra de acuerdo con un ngulo, se tuerceAire; nA= 1.0Agua; nW= 1.331aire2aire Los haces de luz paralelos cruzan la interface de aire a dos medios diferentes: 1 y 2. En qu medio viaja la luz a mayor velocidad? (1)medio 1(2)medio 2(3)En ambos a la misma(1) Directamente al pez(2) Ligeramente arriba del pez(3) Ligeramente abajo del pez Para disparar al pescado con unapistola dnde debo apuntar? Para disparar al pescado con unapistola lser dnde debo apuntar?(1) Directamente al pez(2) Ligeramente arriba del pez(3) Ligeramente abajo del pezCUESTIONES4.3.- Reflexin de la luzM1M2( )( )21 221 20n nn nIIr+=Reflexin especularReflexin difusangulo crticoReflexin internaairen2= 1.00n1= 1.50vidrio0 %2=901=cngulo crtico 100 %Ley de Snell :n1sin 1 = n2 sin 2Si n1 > n2 , cuando 1= c, 2 =90, y la ley de Snell dan1sen c= n2sen 90= n2La reflexin interna se da cuando la luz pasa de un medio con ndicede refraccin mayor a otro con ndice de refraccin menorPara el ejemplo anterior:=== arcsennnarcsenc12Si 1> c, se producir la reflexin total en la interfase entre medios DifraccinReflexin +InterferenciaRefraccinHaz de radiacinProfundidad aparenteProfundidad realOjoSistema dispersivoFiltro5.- MonocromadoresRendija de entradaSistema de enfoque/colimacinSistema de enfoqueRendija de salidaFiltros de absorcin Absorcin fraccin del espectro Anchos de banda de 50 a 250 nm Filtros de corteLongitud de onda (m)5 7 911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 391009080706050403020100% transmitanciaAcoplamiento de filtros5.1.- Filtros de luzFiltros de interferenciaVidrioLminametlicaDielctricoAB1 2 3 4 56123456: longitud de onda de la radiacin en el dielctricot: espesor del dielctrico: longitud de onda transmitida por el filtronD: ndice de refraccin del medion: orden de interferencian = 2t = nD = 2t nD / n Anchos de banda de 10 nm Mayores transmitancias que los de absorcin UV e IR5.2.- PrismasFuncionamientode un prismaDispersin angular:ddndndddDD* =Refraccin en el interior de un prisma()i 0 2004006008001000 12001.70-1.60-1.50-1.40Vidrio duroSal de rocaCuarzo fundidoFluorita200 300400500600 700 800200350400450 500 600 800200 250 300 350 400 500 600 800, nm, nm, nmRedPrisma vidrioPrisma cuarzoAbsorcinx (cm)()Luz blancanD (nm)PrismaLenteLenteRendija de entradaRendija de salidaMontaje de Bunsen = 60PrismaRendijas de entraday salidaEspejo colimadory de enfoqueMontaje de LittrowCuarzo levgiroCuarzo dextrgiroRendija de salidaRendija de entradaEspejoMontaje de CornuPrismaEspejoMonocromadoresde prismaLCara reflejantedCaractersticas Distancia entre surcos, d Densidad de surcos (surcos mm-1) Anchura Nmero total de surcos ngulo 5.3.- Redes de difraccinRedes de transmisinRedes de reflexin De surcos Hologrficasm = d (seni sen) Condicin de interferencia constructiva1 2 3321iABCDdm = 1; = -5.84m = -1; = -35.6m = 2; = 7.9m = -2; = -55.3 = 25.2 = 500 nm = 33.2 = 600 nmm = d (seni + sen) Solapamiento de rdenes = 250 nmEjemplo:Red con 1200 surcos mm-1ngulo de incidencia (i) = 20Longitud de onda = 200 nm?Ejemplo:Red con 1200 surcos mm-1ngulo de incidencia (i) = 10Orden de difraccin = 1Longitudes de onda = 500 y 600 nm?Ejemplo:Red con 1200 surcos mm-1ngulo de incidencia (i) = 10Orden de difraccin = 2Longitud de onda si = 25.2?Dispersin angular:Dispersin lineal:Dispersin linealrecproca:Poder de resolucin: ddFddyD = = ddF dydD11= =mFdD cos1=mFdD =1Si < 20mN R Rpromedio== ; cos dmdd=: ngulo de difraccinm: orden de difraccind: espaciado entre surcosy: posicin sobre el plano focalF: distancia focal N: n de surcos de la red iluminadosCaractersticaRed de escalerilla Red de escalera Distancia focal, F0.5 m0.5 m Densidad de surcos1200 surcos mm-1 79 surcos mm-1 ngulo de difraccin, 10226326 Orden m (a 300 nm)175 Resolucin (a 300 nm), /62400763000 Dispersin lineal recproca, D-1 16 nm mm-1 1.5 nm mm-1 Redes de escalerillaRedes de escaleram = 2d senmFdD cos 21=iRed de escalerilla1200 surcos mm-1i = 10= 30m = d (sen i + sen )m = 561 nmm = 1; = 561 nmm = 2; = 281 nmm = 3; = 187 nmRed de escalera79 surcos mm-1= 48m = 2d sen m = 18813 nmm = 1; = 18813 nmm = 33; = 570 nmm = 67; = 281 nmm = 100; = 188 nmTodas aparecen bajo el mismo nguloDispersin cruzadaPrisma (Separacin de las componentes de laradiacin en sus distintos m)123Red de escalera(Separacin de la radiacinen sus distintas )118 -108 -98 -88 -78 -68 -58 -48 -Espectrobidimensional118 -108 -98 -88 -78 -68 -58 -48 -800780760740720700680660640620 600 580 560 540 520 500500 480460 440420400 380360 340320340 320300 280300280260260240220240220200ngulo Orden de difraccinPlano focalRendija de salidaRendija de entradaEspejos cncavos12Red de reflexinEspejo esfricoMontaje de EbertMontaje de Czerny-TurnerPotencia radiante, PAnchura de bandaAnchura de banda efectivaRendijade salida1231 23Rendijade salida1 23Potencia radiante, P1 23Rendijade salida1 23Potencia radiante, P1 23Rendijade salida1 23Potencia radiante, P1 235.4.- Efecto de la anchura de la rendija0.3 -0.2 -0.1 -0Anchura de las rendijas, nmLongitud de onda, nm200 300 400 500600700Monocromadorde prismaRegin del UV vacoUVVISIBLEIR Prximo IR IR Lejano espectroSELECTORES DE LONGITUD DE ONDAContinuosDiscontinuosPrisma defluoritaPrisma de cuarzo o slice fundidaPrisma de vidrioPrisma de NaCl3000 lneas/mm Redes de difraccin de diversas lneas / mm 50 lneas/mmCuas de interferenciaFiltros de absorcin de vidrioLongitud de onda 1002004007001000200040007000 100002000040000Filtros de interferenciaPrisma de KBrOnda incidenteOnda reflejada(50%)Onda transmitida(50%)Membrana recubierta5.5.- Separadores de hacesMalla recubierta de aluminion3n2n1n3 < n2< n12221 3sen n n n + = 2122sen 1 nnCondicin de reflexin total5.6.- Fibra pticaLa luz debe caer dentro deeste ngulo para ser transportada.2 ngulo de aceptacin2 acceptngulo deaceptacin , acceptairenair= 1centrocubiertan2n2n1caccept= arc sen [n12+ n22]Apertura numrica = NA = sen acceptLa luz debe caer dentro deeste ngulo para ser transportada.2 ngulo de aceptacin2 acceptngulo deaceptacin , acceptairenair= 1centrocubiertan2n2n1caccept= arc sen [n12n22]Apertura numrica = NA = sen acceptRegin del UV vacoUVVISIBLEIR Prximo IR IR Lejano espectroMATERIALES PARA COMPONENTES PTICOSLiFSlice fundida o cuarzoVidrio boraxNaClLongitud de onda 1002004007001000200040007000 100002000040000KBrVidrio de silicato6.- DetectoresCaractersticas ms importantes de los detectores:=Eficiencia cuntica (QE)=Intervalo espectral cubierto=Linealidad+Detectores lineales: tubo fotomultiplicador, etc.+Detectores no lineales: placas fotogrficas=Tiempo de respuesta=Ruido=Resolucin espacial=Capacidad de integracin de la sealincidentes fotones nectados fotones nQEdet =Fuente (dc)AmplificadorRctodonodoFototubo de vacoRespuesta relativaLongitud de onda, nm200 400 600800NaCs-SbCs2OEfecto fotoelctricohEnerga necesaria para expulsar al electrn () m v2PrismaLenteRendijaExpulsin de electronesMetalVentanaDnodosnodoFuente potenciaMedidorElectrodoDe enfoqueResistenciasFotoctodoFotn FotnentranteTubo fotomultiplicador+ -Capa delgadade plataVidrioSelenioHierroPlsticoClula fotovoltaicaRespuesta relativaLongitud de onda, nm100550FotonesElectronesSilicio nSilicio pDireccin del flujode la corrienteContacto negativoContacto positivoHuecosFlujo de electronesUna red de escalerilla tiene 1200 surcos por milmetro y un ngulo de brillode 18.435.Calcular:1. La longitud de onda de brillo en primer y segundo orden2. La dispersin angular en cada uno de los casos3. La dispersin lineal recproca si su distancia focal es de 30 cmNota: Considrese que la radiacin incide normalmente a la red.1. = 2 = 36.87i = 0d = 833.3 nm2.3.m = d (sen i + sen ); b= (d/m) sen2PRIMER ORDEN: b= 500 nmSEGUNDO ORDEN: b= 250 nm cos dmdd=PRIMER ORDEN: 1.5 x 10-3rad/nmSEGUNDO ORDEN: 3 x 10-3rad/nm ddF dydD11= =PRIMER ORDEN: 2.22 nm/mmSEGUNDO ORDEN: 1.11 nm/mmUna red de difraccin de escalerilla tiene una dispersin angular de 8.594 min/nm a su longitud de onda de brillo, que es de 300 nm, en primer orden. Sabiendo que el ngulo de incidencia de la radiacin es de 0 con respecto a la normal a la red, calcular el nmero de surcos por milmetro de la red, sungulo de brillo y la dispersin lineal recproca del monocromador a 300 nm,siendo su distancia focal de 1m. Cul ser el ngulo de emergencia de losfotones de 300 nm?d/d = 8.594 min/nm = 2.499 x 10-3rad/nm2.499 x 10-3= m/dcos300 = d senD-1= d/Fd= 0.4 nm/mmngulo de emergencia, = 36.86d = 5 x 10-4mm; 1/d = 2000 surcos/mm = 36.86; = 18.43ExercisesProblem 33.45SolutionmnAAThe prism shown in the figure has a refractiveindex of 1.66, and the angles A are 25.00. Twolight rays m and n are parallel as they enterthe prism. What is the angle between themthey emerge?. 6 . 44 )00 . 10 . 25 sin 66 . 1( sin )sin( sin sin sin1 1 == = = ba ab b b a annn n Therefore the angle below the horizon isand thus the angle between the two emerging beams is, 6 . 19 0 . 25 6 . 44 0 . 25 = = b. 2 . 39 ExercisesProblem 33.48Light is incident in air at an angleon the upper surface of a transparentplate, the surfaces of the plate beingplane and parallel to each other. (a)Prove that(b) Show that thisis true for any number of different parallelplates. (c) Prove that the lateral displacementD of the emergent beam is given by therelation:where t is the thickness of the plate. (d) A ray of light is incident at an angleof 66.00on one surface of a glass plate 2.40 cm thick with an index ofrefraction 1.80. The medium on either side of the plate is air. Find the lateralDisplacement between the incident and emergent rays. PQnnntda'ab'b.'b a =,cos) sin(''bb at d =ExercisesProblem 33.48SolutionPQnnntda'ab'b(a) For light in air incident on a parallel-facedplate, Snells law yields:(b) Adding more plates just adds extra stepsin the middle of the above equation thatalways cancel out. The requirement ofparallel faces ensures that the angleand the chain of equations can continue.(c) The lateral displacement of the beam can be calculated using geometry:(d) . sin sin sin sin ' sin ' sin' ' ' 'a a a a a b b an n n n = = = = ='n n =.cos) sin(cos), sin(''''bb abb atdtL L d = = =L. 62 . 15 . 30 cos) 5 . 30 0 . 66 sin( ) 40 . 2 (5 . 30 )80 . 10 . 66 sin( sin )'sin( sin1 1 'cmcmdnnab= = == = TEMA 3: Espectroscopa atmica en llama: absorcin y emisin1.- Caractersticas de los sistemas atomizadores (llamas)2.- Fuentes de emisin (lmparas)3.- Introduccin de muestras lquidas4.- Procesos de formacin de los tomos en la llama5.- Equipos empleados6.- Interferencias. Errores en la calibracin7.- Mtodos para superar los errores en la calibracin8.- Determinaciones mediante FAAS9.- Emisin en llamaFuente de emisinGeneracin de tomos/ absorcinDeteccinTratamiento datosIntroduccin de la muestra lquidaFuente de emisinLlamaSistema de introduccinde muestrasDetectorTratamiento y procesamiento de la seal3.1.- Caratersticas de los sistemas de generacin detomos (llamas)Llamas de difusinLlamas de combustin o premezclaLlamaCaudal de gas (l min-1) Reaccin de combustin T (K) V* (cm min-1) CombustibleOxidanteAire-propano0.3-0.458C3H8+5O2+20N23CO2 +4H2O+ 20N2220045 Aire-acetileno1.2-2.28 C2H2+O2+4N2 2CO + H2 + 4N2 2450160 Aire-hidrgeno68 2H2+O2+4N22H2O + 4N2 2300320 N2O-propano4102900250 N2O-acetileno3.5-4.510 C2H2+5N2O 2 CO2 + H2O + 5N2 3200285 N2O-hidrgeno10102900380 Llama C2H2- aireLlama N2O - acetilenoLlama C3H8- aireLlama difusinH2- aireEstructura de la llama1.- Zona de combustin primaria. 2.- Zona intermedia. 3.- Zona de combustin secundaria.Mezclacombustible-oxidanteZona de combustin primariaRegininterzonalZona de combustin secundariaInicio de reacciones de combustin (10 s, 0.1 mm).Zona de cierto equilibrio termodinmico. Zona de medidaEmisin de fondoMgAgCrAAltura, cm Cr(NO3)3Cr + O CrO MgCl2 Mg MgO AgCl Ag3.2.- Fuentes de emisin (lmparas)Lmparas de ctodo hueco1.- Aplicacin voltaje (100-400 V)Ar + e- Ar++ 2 e-2.- Colisin Ar+- ctodoM(s) + Ar+M(g)3.- Colisiones M(g) - e-( Ar+)M(g) + e-rpidos M*(g)M(g) + Ar+rpidos M*(g)4.- Desactivacin (emisin)M*(g) M(g) + h1.- Aplicacin voltaje (100-400 V)Ar + e- Ar++ 2 e-2.- Colisin Ar+- ctodoM(s) + Ar+M(g)3.- Colisiones M(g) - e-( Ar+)M(g) + e-rpidos M*(g)M(g) + Ar+rpidos M*(g)4.- Desactivacin (emisin)M*(g) M(g) + hLmparas de descargas sin electrodosVentana de cuarzoEspiraCubiertade cermicaBulbo1.- Aplicacin RF MW intenso2.- Generacin e-libres (Tesla)e-lentos e-rpidos3.- Colisin e-- tomos de gasG + e-rpidosG+4.- Volatilizacin elementoM(s) + M*(g)M(g) + e-rpidos M*(g)5.- Desactivacin (emisin)M*(g) M(g) + h1.- Aplicacin RF MW intenso2.- Generacin e-libres (Tesla)e-lentos e-rpidos3.- Colisin e-- tomos de gasG + e-rpidosG+4.- Volatilizacin elementoM(s) + M*(g)M(g) + e-rpidos M*(g)5.- Desactivacin (emisin)M*(g) M(g) + hDisolucinAerosol primarioAerosol secundarioAerosol terciario3.3.- Introduccin de muestras lquidasNebulizadorSuperficies impactoQuemadorLlamaNebulizador neumtico- Interaccin lquido-gas- Aspiracin libre- Concntrico- Aerosol gruesoOtros nebulizadoresNebulizador neumtico- Interaccin lquido-gas- Aspiracin libre- Concntrico- Aerosol gruesoOtros nebulizadoresSistema completo de introduccin de muestras lquidasGasP1P0P1< P0Efecto VenturiLP B R RQl 8) / 4 (3 4+=Ql: Caudal lquido de aspiracinR: Radio interno del capilar: Viscosidad de la disolucinB: Coeficiente de friccinL: Longitud del capilarP: Cada de presinReduccin del tamao de gota- Evaporacin disolvente- Coalescencia- Fraccionamiento de gotasMezclado de los gasesReduccin del tamao de gota- Evaporacin disolvente- Coalescencia- Fraccionamiento de gotasMezclado de los gasesVelocidad de aporte de analito, Wtot, y disolvente Stot.Eficiencia de transporte de analito ny disolvente, s.n= Wtot/(c Ql)s= Stot/QlVelocidad de aporte de analito, Wtot, y disolvente Stot.Eficiencia de transporte de analito ny disolvente, s.n= Wtot/(c Ql)s= Stot/QlCmaras de premezclaQuemadores (mecheros)Quemadores ordinariosLlamas apantalladasQuemadores de consumo total- n= 100%- Gotas gruesas- Menores A3.4.- Procesos de formacin de los tomos en la llamaEvaporacin y DesolvatacinVolatilizacinDisociacinExcitacinIonizacinRecombinacinCmara + llamaLlamaGota partcula secaMA (s)MA (g)MA(g) M + AMO(g) M + COM + h M*MM++ e-M + OH MOH++ e-M + H2O+M++ H2O + e-M + OMOM + H2O MO + H2M + OH MOHNmero de tomos generadosMAA Mdnn nK =MA(g) M + ATotMann= Fraccin de tomos generados:Eficiencia de la atomizacin:a= s v aa= s v atotT gR aWTn QnN2110 * 3 =)100(c QWl ntot=n: nmero de moles de analito totales en fase vapor (Tot), de analito que (M), de gas reductor en la llama (R), de gases totales en la llama (T): eficiencia de la desolvatacin (s) y vaporizacin (v) Q: caudal de gas (g) de lquido (l)c: concentracin de analito en la disolucinNmero de tomos generados:cTn QQ nNT gl n R a10010 * 321 =Ley de Lambert - Beer (L-B)I0Idb -dI-dI = k I c db = IIbdb kc I dI00/bc kII' log0=Incumplimiento de la ley de L-BI II IA + +='log '0 Radiacin esprea Anchura de los perfiles de emisin y absorcin (k) AutoabsorcinPerfil de emisinPerfil de absorcinWabs> 5 WemWabs< WembA = a b cA = a b c3.5.- Equipos empleados en FAASSimple hazDoble hazOpacoTransparenteReflejante3.6.- Interferencias en FAASEspectrales Poco abundantes Al (308.215 nm) y V (308.211 nm) para que se produzcan < 0.01 nm Emisin molecular (xidos, etc.) Absorciones no especficas Poco abundantes Al (308.215 nm) y V (308.211 nm) para que se produzcan < 0.01 nm Emisin molecular (xidos, etc.) Absorciones no especficas Utilizacin de otra lnea de absorcin Mtodo de las dos lneas Correctores de fondo (lmpara de deuterio) Efecto Zeeman Autoabsorcin Utilizacin de otra lnea de absorcin Mtodo de las dos lneas Correctores de fondo (lmpara de deuterio) Efecto Zeeman AutoabsorcinDe volatilizacin (Qumicas) Formacin de especies refractarias (Ca) Dispersin de la luz Formacin de especies refractarias (Ca) Dispersin de la luzDe ionizacin (Qumicas) M M++ e-(Na, K) Curvaturas positivas a mayor C M M++ e-(Na, K) Curvaturas positivas a mayor CAanalito(M)cinterferente Tampn de ionizacin Tampn de ionizacin Adicin de elemento reaccionante Uso de llamas de N2O-C2H2 Uso de llamas ms reductoras Adicin de elemento reaccionante Uso de llamas de N2O-C2H2 Uso de llamas ms reductorasFsicas Modificacin en Wtot Disolventes orgnicos, cidos Modificacin en Wtot Disolventes orgnicos, cidos Blanco Simulacin de la matriz Adicin de estndar, patrn interno Blanco Simulacin de la matriz Adicin de estndar, patrn interno3.7.- Mtodos para minimizar los errores producidos en la calibracin1.- Simulacin de la matriz2.- Dilucin3.- Separacin de la matriz del analito4.- Saturacin5.- Adicin de modificadores6.- Enmascaramiento7.- Patrn o blanco interno8.- Adicin de estndarSaSrSa/SrtiempoMtodo del patrn interno (IS)CrSar: patrn interno SrCaa: analitoSa/Sr compensacin errores sistemticos y aleatoriosCurva de calibrado: Sa/Srversus caCurva de calibrado: Sa/Srversus ca El IS mismo comportamiento que el analito El IS ausente de la muestra a analizar Canalitoy CISdentro del intervalo dinmico Seales del analito e IS perfectamente distinguibles El IS mismo comportamiento que el analito El IS ausente de la muestra a analizar Canalitoy CISdentro del intervalo dinmico Seales del analito e IS perfectamente distinguibles No se eliminan las interferencias del fondo Limitado al nmero de especies que pueden actuar como IS Degradacin de la precisin No se eliminan las interferencias del fondo Limitado al nmero de especies que pueden actuar como IS Degradacin de la precisinMtodo de adiciones (mltiples) de estndarAguaDisolucin concentracin conocidaDisolucin de la muestra1 2 3 4 5 No se conoce la matriz Medida buena del blanco Curva de calibrado lineal Interferencias independientede la concentracin de analito Analito en la misma formaS = Sa+ SsC = Ca+ CsCa= (Sa+ Sb a mC)/mS = Sa+ SsC = Ca+ CsCa= (Sa+ Sb a mC)/mSCSa+ SsCa+ CsSa- CaS = a + mC Se corrigen efectos de matriz Bueno cuando no hay ningn IS Se corrigen efectos de matriz Bueno cuando no hay ningn IS Mtodo laborioso Basado en la extrapolacin Mtodo laborioso Basado en la extrapolacin3.8.- Determinaciones mediante FAAS1.- Determinaciones directas (recta de calibrado)2.- Determinaciones indirectasElementos de la parte superior derecha de la tabla peridica < 190 nm que no se pueden detectar directamente (Eexc)2.1.- Basadas en efectos interferentesDeterminacin de F-(interferencia sobre Mg)2.2.- Basadas en mtodos de precipitacinDeterminacin de SO42-con Ba2+2.3.- Formacin de complejos, pares inicos, etc.1.- Determinaciones directas (recta de calibrado)2.- Determinaciones indirectasElementos de la parte superior derecha de la tabla peridica < 190 nm que no se pueden detectar directamente (Eexc)2.1.- Basadas en efectos interferentesDeterminacin de F-(interferencia sobre Mg)2.2.- Basadas en mtodos de precipitacinDeterminacin de SO42-con Ba2+2.3.- Formacin de complejos, pares inicos, etc.Caractersticas analticas de FAASAg (328.1) 3Al (309.3) 30As (193.7) 200Ba (553.6) 20Ca (422.7) 1Cd (228.8) 1Hg (253.6) 4000Na (589.0) 5Si (251.6) 1500V (318.4) 500Ag (328.1) 3Al (309.3) 30As (193.7) 200Ba (553.6) 20Ca (422.7) 1Cd (228.8) 1Hg (253.6) 4000Na (589.0) 5Si (251.6) 1500V (318.4) 500LOD (ng/ml)LOD (ng/ml)Muestras lquidas (aguas, efluentes orgnicos, fluidosbiolgicos, etc.)Muestras slidas (digestin + anlisis mediante FAAS)Muestras lquidas (aguas, efluentes orgnicos, fluidosbiolgicos, etc.)Muestras slidas (digestin + anlisis mediante FAAS)AplicacionesAplicacionesPrecisin a corto plazo: 0.1 - 1%Precisin a largo plazo: < 5 - 10% (segn otras fuentes)Precisin a corto plazo: 0.1 - 1%Precisin a largo plazo: < 5 - 10% (segn otras fuentes)PrecisinPrecisin3.9.- Emisin atmica en llama (FAES) Equipos empleados (fotmetros) Llamas de propano-aire (bajas T) Aplicable a elementos como alcalinos, alcalinotrreos, Al, Ga, Sc, La... InterferenciasSolapamiento de lneasEmisin de bandas-Llamas H2: OH = 281.1; 306.4 nm-Llamas O2-H2: O2 de 250 a 400 nm-Llamas hidrocarburos:CH = 431.5, 390.0 nmEmisin continua- Llamas O2-H2: H + OH H2O + hF+DNaF+DNaF+DKF+DSrTEMA 4: Espectroscopa de absorcin atmica sin llama1.- Introduccin. Ventajas e inconvenientes de FAAS2.- Espectroscopa de absorcin atmica por generacin de hidruros (HGAAS)2.1.- Elementos determinados mediante HGAAS2.2.- Etapas en HGAAS2.3.- Interferencias3.- Espectroscopa de absorcin atmica por vapor fro (CVAAS)4.- Comparacin HGAAS y CVAAS con FAAS. Aplicaciones5.- Espectroscopa de absorcin atmica por atomizacin electrotrmica (ETAAS)5.1.- Etapas en ETAAS5.2.- Caractersticas y tipos de atomizadores5.3.- Seales obtenidas en ETAAS5.4.- Ventajas de ETAAS frente a FAAS5.5.- Inconvenientes de ETAAS. Interferencias5.6. Aplicaciones1.- Introduccin. Ventajas e inconvenientes de FAASDificultad anlisismicromuestrasDegradacinexactitudPrdida sensibilidadAumento LODsVentajas de FAAS- Rapidez anlisis- Robustez equipo- Aceptable precisin y sensibilidad- til para un gran nmero de elementos- Bajo costeInconvenientes de FAAS- Excesivo consumo de muestra- Interferencias- Volatilizacin- Qumicas- Espectrales- Fsicas- Dilucin del analito en la llama- Bajas eficiencias de transporte- Bajos tiempos de residencia- Absorcin oxgeno- Riesgos de explosionesDificultad si < 250 nmElementos detectables por FAAS2.- Espectroscopa de absorcin atmica por generacin de hidruros (HGAAS)Generacin del hidruroTransporte Descomposicin (atomizacin)Absorcin radiacin214.3 271 H2Te Te196.1 232 H2Se Se223.1 251 BiH3Bi217.6 255 SbH3Sb193.7 211 AsH3As217.0 260 PbH4Pb235.5 221 SnH4Sn265.1 185 GeH4Ge (nm) Tb (K) Hidruro Elemento2.1.- Elementos determinados mediante HGAASElementos gruposIV, V y VIHidruroscovalentesCompuestosvoltiles de absorcinPrxima a 200 nmBH4-+ 3 H2O + HCl H3BO3+ Cl-+ 8 HH + Mn+ MHn + H2 Aplicable a As, Sb, Se, Bi, Ge, Pb, Sn y Te Mayor rendimiento y velocidad de reduccin El reactivo se usa en forma de disolucin. Produccin de hidrlisis:NaBH4+ H2ONaBO2+4H2OZn (s) + 2 HCl ZnCl2(ac) + 2 HH + Mn+ MHn + H2 Aplicable a As, Sb y SeTiempo de reaccin ~10 minutos2.2.- Etapas en HGAAS2.2.1.- Generacin del hidruroMn++ HMHn + H2 Mn++ HMHn + H2 Factores que afectan la formacin del hidruro= Estado de oxidacinMantener un pH adecuado Sn(II) Sn(IV)Reduccin con HCl 6-7 M () Te(VI) Te(IV)Reduccin con HCl 6-7 M () Se(VI) Se(IV)El Bi (V) es inestable Bi(V) Bi(III)Reduccin con KI, espontnea Sb(V) Sb(III)Reduccin con KI () As (V) As (III)Tratamiento EstadorealEstadopreferibleTratamiento para alcanzar el estado de oxidacin adecuado= Acidez del medio= Concentracin de reductor0,00,10,20,30,40,50,60 1 2 3 4 5 6 7concentracin HCl (mol/l)AbsorbanciaSnGeBi SbTeAsSe0,00,10,20,30,40,50,60 1 2 3 4 5 6 7concentracin HCl (mol/l)AbsorbanciaSnGeBi SbTeAsSe2.2.2.- Modos de generacin y transporte del hidruroMuestra HCl NaBH4AcidificacinmuestraInicio generacinhidruroLa transformacinse completa(reactor)BombaperistlticaSeparador de fasesA la clulade atomizacina la cluladel reactorArdrenadosSeparadorDrenados= Continuo= DiscontinuoArArIntroduccinreductorIntroduccinMuestraacidificadaGeneracinhidruroTransporteHidruro a la clula de atomizacin= Inyeccin en flujo (FIA)HClNaBH4Reaccin por difusin de losdiferentes componentes a lo largo de la conduccinBombaperistlticacargainyeccinGeneracin delHidruro, separaciny transporte Vlvula de inyeccin+ bucle2.2.3.- Descomposicin del hidruro (atomizacin)La descomposicin de los hidruros tiene lugar por medio de un mecanismo de formacin de radicales libresLa descomposicin de los hidruros tiene lugar por medio de un mecanismo de formacin de radicales libresPresencia de H2y O2H + O2OH + OO + H2OH + HMecanismo propuesto para el SeSeH2+ H SeH + H2SeH + H Se + H2Se + H SeHPosible recombinacinHidruro(del separador)Clula3.- Espectroscopa de absorcin atmica por vapor fro (CVAAS)=Especfica del mercurio=Diferencias con respecto a HGAAS=Interferencias en CVAAS Apreciable pvapora TambienteVapor atmico estable de Hg0resonancia= 253.7 nm poco sensiblems sensible=184.9 nm interferencias O2No hay que usar llama (prdida sensibilidad)SnCl2como reductor (no NaBH4)Hg2++ Sn2+ Hg0+ Sn4+Ag, Pd, Pt, Rh o Ru a 1 mg/l, supresin sealAgentes complejantes del HgEstado de oxidacin diferente a +2 (Cr2O72-)4.- HGAAS y CVAAS versus FAASsnV CN00= Eficienciade Transporte Generacin voltiles mayor transporte HGAAS y CVAAS mejoran parmetros analticos0.0003 (CVAAS) 0.1-1 Hg0.002 0.035 Te0.002 0.25 Se0.0002 0.046 Bi0.0005 0.041 Sb0.0008 0.11 As0.1 0.015 Pb0.0005 0.031 Sn0.5 0.11 GeLODHGAAS (g/ml) LODFAAS (g/ml) Elemento HGAAS y CVAAS separacin de la matriz del analito Menos interferenciasHGAAS Interferencias en fase lquida HGAAS y CVAAS mayor consumo de reactivos, mayor complejidad y ms lentasN0: Nmero de tomos transformados en hidruroC0: Concentracin analito en la muestraVs: Volumen de muestra(n)HGAAS~ 100%; (n)FAAS~ 10%tresidenciaFAAS ~ 2 msHGAAS ~ 300 ms0.22620.151388223012518300-3000LODFAASLODHGAASCmara de grafitoMonocromador /DetectorLampara25 - 50 mm5 - 10 mmT alcanzadas sobre 2500 C5.- Espectroscopa de absorcin atmica por atomizacin electrotrmica5.1. Etapas en GFAASIntroduccinde la muestraSecadoPirlisisAtomizacinLimpieza=Depsito de una gotaEntre 1 y 100 lMicropipetas vs=Sistemas automticos=Evitar proyecciones (100 C)tsecado= 2 Vmuestra=Disolventes orgnicos=Eliminacin de matrices=Temperatura (470 770 C)=La matriz se libera antes, despus oa la vez que el analito= Temperatura Optima de Pirlisis= Debe ser lo ms rpida posible (0.1 s)=Temperatura Optima de Atomizacin = Rampa (2000C/s) + Zona constante= Prdidas de analito Difusin= Tiempo de residencia 0.1 1 sT vs. TiempoOptimizacin de la temperatura de pirlisis y atomizacin (curvas dobles)AtomizacinTemperaturaAbsorbanciapirlisisTOA TOPaparicindel analito volatilizacin cuantitativa del analitoTemperaturaAbsorbanciaCdCdm.p.Cd (b.p.)AlAl(b.p.)Al2O3m.p.TOP: temperatura ptima de pirlisis(la matriz se descompone sin queel analito se libere antes de la etapade atomizacin)TOA: temperatura ptima de atomizacin(la matriz se descompone y el analitose atomiza completamente en la etapade atomizacin)Utilidad de las curvas doblesMECANISMO DE ATOMIZACINMientras el Cd se atomiza directamente a partir de Cd elemental,el Al se transforma en primer lugaren almina y despus se disociagenerando tomos libres de Al.TatomizacinCteTpirlisisCteFactores que afectan a la atomizacinCompuestos presentesMaterial del hornoAtmsferaVelocidad de calefaccinTemperatura internaContacto analito-superficie del hornoMO(s/l) + C(s)M(l/g) + CO (g)MO (s/l) + 2C (s)MC (s) + CO (g)MO (s) M (g) + O2(g)MX2(s) MX2(l)MX (g) + X (g)Mecanismos de atomizacinA) Descomposicin qumica de xidos slidosB) Descomposicin trmica de xidos slidosC) Disociacin del haluro en fase vaporM (g) + X (g)DesorcinTTg>Tp>Tm = menor condensacinMenor seal de fondoMayor tiempo de vida del tuboMejor precisinPLATAFORMA DE L'VOVTubo de grafitoPlataformaOrificio de introduccionde la muestraTg: T del gasTgTATVTpT (C)10002600Tiempo (s)03TwTsTp: T de la plataformaTw: T de la pared del hornoTs: T de la muestra5.3.- Seales obtenidas en ETAAS- Picos de muy corta duracin (0.1 1 s)- Matriz y elemento afectan su forma- T(aparicin de la seal)- Masa caractersticaCantidad de analito que da lugar a una seal de 0.0044 unidades de A (i.e., 1% de absorcin).- rea versus altura de picoTemperaturatiempoSecadoPirlisisAtomizacinLimpiezaEnfriamientoAbsorbanciatiempo- Mayores tiempos de residenciaMayores sensibilidadesElementos refractarios- Bajos volmenes de muestra requeridos (l)- Fcil automatizacin con automuestreador- Atmsfera inerte: no xidos- Menores Lmites de Deteccin (LOD)- Se pueden analizar muestras slidas5.4.- Ventajas de ETAAS sobre FAAS0.2 40 V0.5 50 Ti0.05 10 Pb0.004 0.1 Mg2 (0.002) 200 Hg0.003 0.5 Cd0.01 30 AlLODETAASLODFAASElemento5.5.- Inconvenientes de ETAAS. Interferencias =Interferencias Qumicas (Disminucin eficiencia atomizacin, a)Causadas por la muestra- Volatilizacin del analito (sales voltiles)Causadas por el mtodo- Formacin de carburos o nitruros- Condensacin- Efectos de memoria=Interferencias espectrales o fsicasEmisin de luz incandescente (grafito)Absorciones no especficas- Dispersin de la radiacin- Luz parsita (radiacin esprea)- Superposicin de lneas- Formacin de especies moleculares. Fondos estructurados (PO43-)- Formacin de haluros establesSolucinAdicin de estndarModificacin programatrmicoUso de modificadoresSolucinMtodo de las dos lneasCorrector de fondo (D2)Corrector ZeemanCorrector autoabsorcinAc123Ac312(1) Recta de calibrado en agua(2) Recta de calibrado con matriz(3) Adicin estndarFISICASQUMICASModificadores en ETAASEspecie que se aade a la muestra con objeto de transformar al analito en unasustancia trmicamente ms estable y/o aumentar la volatilidad de las especies Concomitantes que constituyen la matriz- Se pueden utilizar Tpirlisismayores- Mayor separacin en el tiempo de absorciones no especficas y especficasCondiciones que debe reunir un modificadorNo prdidas de analitoModificador universalNo corrosivo y altamente puroNo dar absorciones no especficasTipos de modificadores1.- Modificadores de matrizNaCl + NH4NO3 Na NO3+ NH4Cl(p.e. 1413C)(desc. a 210C) (desc. a 380C)(desc. a 335C)2.- Modificadores de analitoEl As y Se se estabilizan aadiendo Ni(arseniuro y seleniuro)3.- Modificadores de la matriz y el analitoAs y Se en medios biolgicos (fondos estructurados) se estabilizan con Ni4.- Modificadores mixtosMedida de Cd con mezcla Pd+NH4NO30.3 M HNO31.4 M HNO3Disolucin de Sb20 g Pd4 g MoIntensidad relativa (%)10080604020800 10001200 1400 1600 1800 2000Temperatura de la etapa de pirlisis (K)Ejemplos de modificadores en ETAASNi(NO3)2, AgNO3TeH2SO4TaHNO3SnNi(NO3)2SePd(NO3)2, Mo(NO3)2, Ni(NO3)2Sb(NH4)2HPO4PbLa(NO3)3PMg(NO3)2NiMg(NO3)2Mn(NH4)2S, K2Cr2O7, KMnO4HgMg(NO3)2Co(NH4)2HPO4, NH4F, EDTA, cido ascrbico, cido tartrico, HNO3CdNi(NO3)2AsMg(NO3)2AlModificador ElementoAB0.60.40.2001 23Determinacin de Sb empleando diferentes modificadoresDeterminacin de Al empleando Mg como modificador (lnea azul) y sin modificador (lnea roja)AbsorbanciatCorreccin interferencias espectralesa.- Mtodo de las dos lneas- Lneas cercanas (< 10 nm)- Deteccin simultnea de ambas+AbsorcinanalitoAbsorcinno especficaAanalitoAanalito + fondoAfondoAanalito= Aanalito + fondo- AfondoAnchura de banda del monocromadorAfondoAanalitob.- Corrector de fondo con lmpara de deuterio.- Vlida para UV (mximo a 200 nm)- No usada para VIS (400 800 nm)- Lmpara de arco de Xe-Hg (190-425 nm)- Diferente sensibilidad y estabilidadMonocromadorObturadorLampara deDeuterioLampara de catodo huecoDetectorHornoProblemas encontrados- Los haces no son superponibles- El ruido aumenta en un factor 2-3- La velocidad de adquisicin de lasseales no es la misma- No es aplicable para:AACtodohuecoCtodohuecoDeuterio DeuterioSin fondo Con fondoc.- Corrector basado en el efecto Zeeman.MonocromadorPolarizadorImnDetectorLmpara de ctodo huecoEmisin lmparaZeeman directo=Desdoblamientodelpicoencomponentes ypor accin de un campo magntico=Distintarespuestaalaradiacinpolarizadaque presentan los picos y Lacomponente absorberadiacin polarizada en el plano paralelo a B Lascomponentes absorbenradiacin polarizada perpendicularmente a BLuz polarizadaSin campo magnticoCon campo magnticoSin polarizadorEl polarizador deja pasarradiacin // al campoEl polarizador deja pasarradiacin al campoEspectro de absorcinANALITO+ FONDOFONDOMonocromadorPolarizadorImn Detector Lmpara de ctodo huecoZeeman inversoVentajas:1.- Correccin de hasta 2 uA2.- Correccin a cercanas a la de resonancia3.- Corrige lneas separadas 0.02 nm4.- Una nica fuente de radiacin5.- Es til para el VIS y UVInconvenientes:1.- Lecturas dobles2.- Prdida de sensibilidad por los polarizadores3.- Elevado coste4.- No se sabe si el campo afecta la seal del fondo5.- Zeeman anmaloFondoPerfil deAbsorcin()Perfil deemisinparaleloFondoPerfiles deAbsorcin ()Perfil deemisinperpendicularLuz polarizadaFondoAbsorcinatmicaAbsorcinAtmicaFondoEmisin lmpara a corrientesbajasLongitud de ondaSmith-Hieftje vs corrector de deuterio: Trabaja en UV-VIS con una sola lmpara Corrige hasta 3 uA Econmico y de fcil manejo Peor sensibilidadc.- Corrector basado en el fenmeno de la autoabsorcin (Smith-Hieftje).Emisin lmpara a corrienteselevadasAbsorcinanalitoANALITO+ FONDOFONDOSmith-Hieftje vs Zeeman: No proporciona lneas dobles de los calibrados No pierde energa por efecto del polarizador Econmico Puede utilizarse en FAAS y GFAAS Bajos LOD TEMA 5: Espectroscopa de emisin atmica en plasma1.- Definicin de plasma2.- Tipos de plasmas2.1.- Plasma de corriente continua, DCP2.2.- Plasma acoplado por microondas, MIP2.3.- Plasma acoplado por induccin, ICP3.- Espectrocopa de emisin atmica por plasma acopladopor induccin (ICP-AES)3.1.- Generacin del plasma3.2.- Procesos que sufre la muestra en el plasma3.3.- Instrumentacin en ICP-AES3.3.1.- Introduccin de muestras en ICP-AES3.3.2.- Diferentes modos de observacin del plasma3.3.3.- Espectrmetros utilizados en ICP-AES3.4.- Interferencias en ICP-AES3.5.- Aplicaciones de ICP-AES3.6.- Comparacin de ICP-AES con FAAS y ETAAS1.- Definicin de plasmaUn gas constituido por iones positivos y electrones libres en el cual existe una cantidad aproximadamente equivalente de cargas positivas y negativas(diccionario de ingls, Oxford)Gas parcialmente ionizado a una temperatura lo suficientemente elevada para atomizar, ionizar y excitar la mayora de los elementos de la tabla peridica(Ebdon y col.)Gas parcialmente ionizado, macroscpicamente neutro, y que es un buen conductor de la electricidadClula de excitacin ideal en emisin- Elevada sensibilidad- Elevada precisin y exactitud- Capacidad multielemental- Facilidad de manejo- Ausencia de interferencias de matrizPlasmatomos N iones Niones Na +=Para a=10-4T = 7000 K2.1.-Plasma de Corriente Continua (DCP)- Dispositivos de tres electrodos- Un ctodo de W y dos nodos de grafito- Forma de Y invertida- T (centro) 10000; elevada emisin de fondo- T (zona de observacin) 5000 6000 K- Introduccin vertical del aerosol- RSD (0.5 1%)- P = 700 W; Q(Ar) = 7 l/minInconvenientes- Deterioro muy rpido de los electrodos- Modificacin caractersticas en presenciade muestraSin muestraCon muestra2.2.- Plasma Acoplado por Microondas (MIP)- Acoplamiento de energa de MW al Ar- Se produce en un tubo de cuarzo- = 2450 MHz; P = 200 500 W- Q(He) = 1 l/minInconvenientes- Muy baja potencia (desolvatacin necesaria)- LOD mayores que en ICPVentajas- Posibilidad de determinar elementos como C, H, N, P, O, S y halgenos- Utilizado en cromatografa de gases2.3.- Plasma Acoplado por Induccin (ICP)Se utiliza Ar - PI (Ar) = 15.8 eV (se pueden ionizar y excitar casi todos los elementos)- Qumicamente inerte- Espectro de emisin muy sencillo- Especies presentes en ICP: Ar0, Ar+, Ar*, Ar+*,Arm, e-- Es el ms utilizado- Gas relativamente barato atendiendo a su abundancia en la atmsfera- Baja conductividad trmicaAntorchaArArMuestra123Tubo externo (1)TuboIntermedio (2)TuboCentral (3)ArArAr+muestra3.1.- Generacin del plasma ICP La generacin del plasma se produce por acoplamiento de la energa de un generador RF con argn por medio de la generacin de un campo magntico inducido por una espira de dos o tres vueltasAplicacincorriente altera a la bobinaSembrado deelectronesAcoplamiento e-- campo magntico (plasma)Caudal de argn: 15-18 l/min; Potencia: 900 2000 WFrecuencia de oscilacin en la espira: 27 o 40 MHzTrayectoria de oscilacin de los electrones3.1.- Espectroscopa de emisin por plasma acoplado por induccin (ICP-AES )MXMM+M+*M*h1h2(ion)ionizacion(atomo)atomizacion(gas)vaporizacion(solido)desolvatacion(disolucion)MXnM(H O), X2m+-3.2.- Procesos que sufre la muestra en el plasmaRecombinacinMO*MOh3(xido excitado)Aspecto del ICP cuando se introduce YMecanismos de excitacin:a) Excitacin/ionizacin trmicaM + e-rpidosM* + e-lentosb) Ionizacin/excitacin PenningM + ArrpidoM* + ArlentoArm+ MAr + M++ e-c) Ionizacin/excitacin por transferencia de cargaArm+ M Ar + M+(*)+ e-Ar++ M Ar + M+Ar++ M Ar + M+(*)3.3.- Instrumentacin en ICP-AES3.3.1.- Introduccin de muestras en ICP-AESMuestras slidas= Ablacin por lser= Vaporizacin electrotrmica= Sistemas de insercin directa= Disolucin + introduccinMuestras lquidas= Nebulizacin + cmara de nebulizacin= Nebulizacin + desolvatacin= Vaporizacin electrotrmica= Sistemas de insercin directaMuestras gaseosas= Generacin de hidrurosEtapa mucho ms crtica que en FAASGotas deben tener un tamao < 10 mMasa de disolvente < 20 mg/minCaudal de gas portador ~ 0.7 1 l/minBaja emisin de fondoBajas interferenciasElevada emisin del analitotresidencia~ 2 4 msZona observacin5 20 mmViscosidad disminuye1.- Nebulizador Concntrico Flujo cruzado suspensiones3.- Antorcha Fija Desmontable Resistente a HF2.- Cmara de nebulizacin Doble paso Cicln112233Nebulizacin + cmara de nebulizacinca. 25 mm ca. 40 mmcapilarboquillaEntradade lquidoEntrada de gasArgon(1 l/min)Surco en VAerosolDisolucin(2 ml/min)Dimetro interno 0.8 mmArMuestraAerosol-Frgil-n1 4%-Posibilidad de HF-Obturacin-Robusto-n0.5 2%-Posibilidad de HF-Menos Obturacin-Robusto-n0.5 2%-Posibilidad de HF-No ObturacinNebulizadores neumticosAerosol terciarioFinoLentoMonodispersoAerosol primarioGruesoRpidoPolidispersoDrenadosImpactos por inercia+=CoalescenciaEvaporacin disolventeDepsito porgravedadTurbulenciasCmaras de nebulizacin. Fenmenos de transporteCmara de doble pasoCmara de paso simplecon superficie de impactoSuperficie deimpactoaerosoldelnebulizadorA la antorchaDrenadosCmara ciclnCmara cicln o paso simpleversus doble paso Mayores Wtoty n Mayores Stoty s Mayores sensibilidades Menores tiempos de lavado Menores efectos de matriz Mayores ruidos de sealTransductor piezoelctricodrenadosGas portadorIntroduccinde la muestraAgua derefrigeracindrenadosAl plasmaResistenciaNebulizador ultrasnico con sistema de desolvatacinSistema de desolvatacin versus nebulizador + cmara Mayores Wtoty n Menores Stoty s Mayores sensibilidades Lmites de deteccin varios rdenes de magnitud menores Mayores tiempos de lavado Mayores ruidos de seal3.3.2.- Diferentes modos de observacin del plasmaRadialAxial3.3.3.- Espectrmetros utilizados en ICP-AESa) Equipos secuencialesRendija de entradaRendija de salidaEspejo colimadorEspejo de enfoqueRed de difraccinSistema simultneo basadoen el uso de la dispersin cruzadaa) Equipos simultneosDetector CCDPolicromador3.4.- Interferencias en ICP-AESCambio en el comportamiento del sistema con respecto a disoluciones acuosas- Interferencias fsicas (no espectrales)- Modificacin en el proceso de nebulizacinCambios en , : Un aumento en stas da lugar a aerosoles primarios ms gruesos- Modificacin en el transporte del aerosolCambios en , : Un aumento en facilita el transporte de disolucin. Un aumento en dificulta eltransporte de disolucin- Modificacin del plasma (no espectrales)- Reduccin de la capacidad trmica del plasmaDISOLVENTES ORGNICOS:1.- Aerosoles primarios ms finos2.- Mayor transporte de disolvente y analito3.- Deterioro importante del plasmaDISOLUCIONES CIDAS:1.- Aerosoles primarios similares2.- Menor transporte de analito3.- Ligero deterioro del plasmaDISOLUCIONES SALINAS:1.- Aerosoles primarios similares2.- Menor transporte de analito3.- Depsito sobre el inyector4.- Partculas secas5.- Modificacin del plasmaEjemplo de uso de patrn interno en ICP-AESCa Be Ca/Be(1 = 100 ms)Seal relativa (divisin=5%)- Interferencias espectrales- Cambio en la intensidad de fondoEfecto de Al 1000 g/ml sobre W 270.911 nmOPCIN A:Medida del fondo y restaOPCIN B:Medida a otra -Fondos crecientes o decrecientesEfecto de Al 1000 g/ml sobre Cd 214.438 nmMedida del fondo a los extremos del pico-Solapamiento de lneasEfecto de Pt 1000 g/ml sobre Cr 267.716 nmOPCIN A: Medida de la seal a otra OPCIN B: Empleo de equipos de alta resolucin-Fondos complejosEfecto de W 1000 g/ml sobre Au 214.438 nmMedida a otra 3.5.- Aplicaciones de ICP-AES De tipo Agrcola. - Determinacin de macro- y micronutrientes en suelos. - Determinacindemetalespesadosenlodosdedepuradora. Anlisis de tipo geolgico. -Determinacindetierrasrarasenformacionesgeolgicas. - Determinacin de elementos txicos ensedimentos marinos. Anlisis medioambiental. - Anlisis de aguas marinas (Cd, Cu, Ni, V y Zn). - Anlisis de aerosoles atmosfricos. Materiales de construccin. - Determinacin de Mg, Na y K en yesos. Anlisis de Alimentos. - Identificacin de la regin de origen de vinos mediantela determinacin de tierras raras. - Determinacin de metales txicos en frutossecos. Anlisis biolgicos o clnicos. - Determinacin de metales en clculos de rin. Anlisis industrial. - Determinacin de metales pesados en plsticos. - Determinacin de metales pesados en aceites lubricantes.3.6.- Comparacin de ICP-AES con FAAS y ETAAS- Temperaturas elevadasFAAS: 3000-4000 KHGAAS: 1000-1500 KGFAAS: 2000-3000 KICP 7000-10000 K- Tiempos de residenciaFAAS: 1 msHGAAS: 300 msGFAAS: 1000 msICP: 2 4 ms- Menores efectos de matriz (refractarios)- Intervalo dinmico de varios rdenes de magnitud- Precisiones muy buenas (RSD 0.1 1%)- Capacidad de medida simultnea, mayor velocidad de anlisis- El aerosol no interfiere con el proceso de transferencia de energa (orgnicos)- No fuente externa de emisin- Espectros de emisin con ms lneas que los de absorcin: Mejores monocromadores- Tcnica comparativa- Todas las etapas controladas por ordenador- Algunos elementos no se pueden detectar- Elementos introducidos externamente (H, O, Ar)- Elementos no excitables (F,Cl, gases nobles)- Elementos sintticos (bajos tiempos de vida)LODICP-AES< LODFAASpero en ocasionesLODICP-AES> LODETAAS LODHGAAS H LIMITES DE DETECCION Rojo: ETAAS Azul: ICP-AES He Li 0.2 Be 0.03Verde: HGAAS y CVAAS B 2 C 40 N O F Ne Na 0.01 Mg0.004 Al 0.01 Si 0.1 P 20 S 50 Cl Ar K 0.002 Ca 0.05 Sc 0.08 Ti 0.5 V 0.2 Cr 0.01 Mn0.01 Fe 3 Co0.02 Ni 0.2 Cu0.02 Zn 0.001 Ga0.1 Ge3 As 0.8 Se 2 Br Kr Rb0.2 Sr 0.05 Y 0.3 Zr 0.8 Nb5 Mo0.02 Tc Ru8 Rh1 Pd 1 Ag0.005 Cd0.003 In 0.3 Sn 0.5 Sb 0.5 Te 2 I Xe Cs 50000 Ba 0.04 La 5 Hf 15 Ta 20 W 20 Re 10 Os0.4 Ir 20 Pt 0.2 Au0.1 Hg0.3 Tl 0.1 Pb 0.1 Bi 0.2 Po At Rn Fr Ra Ac TEMA 6. Espectroscopa atmica de fluorescencia de rayos X (XRF)1.- Introduccin histrica. Generalidades2.- Origen de la fluorescencia de rayos X. Espectros3.- Absorcin de rayos X4.- Rendimiento de la fluorescencia. Efecto Auger5.- Fundamentos del anlisis por XRF5.1.- Anlisis cualitativo5.2.- Anlisis cuantitativo6.- Instrumentacin6.1.- Fuentes6.2.- Cristal analizador6.3.- Detectores7.- Espectrmetros7.1.- Dispersin de longitudes de onda7.2.- Dispersin de energas7.3.- Comparacin8.- Preparacin de la muestra8.1.- Elementos mayoritarios8.2.- Elementos minoritarios9.- Efectos de matriz. Correccin10.- Caractersticas analticas y aplicacionesKL M N OAproximacin de Bohr al tomon mximo de electrones/capa: 2 n2nscunticos: Principal (n=1,,6) Azimutal (l = 0,,n-1) Magntico (+ l,0,- l) Spin ( )n de niveles de energa (subcapas):j = |l|Capa K: 1 subnivelCapa L: 3 subniveles (LI, LII, LIII)Capa M: cinco nivelesn mximo de electrones/capa: 2 n2nscunticos: Principal (n=1,,6) Azimutal (l = 0,,n-1) Magntico (+ l,0,- l) Spin ( )n de niveles de energa (subcapas):j = |l|Capa K: 1 subnivelCapa L: 3 subniveles (LI, LII, LIII)Capa M: cinco niveles1.- Introduccin histrica1895Roentgen descubre los rayos X1913 Coolidge usa un tubo de vaco como fuente de rayos X1948 Friedmann y Birks desarrollan el primer prototipo de espectrmetro de fluorescenciaEspectro de la radiacin electromagntica. Aplicaciones analticasE(KeV) 0.1 1.0 10 100( )100 10 1.0 0.1Rayos X blandos Rayos X durosR X ultra blandosIntervalo analticoFrecuencia (Hz)Tipo de transicinLongitud de onda (m)ReginespectralMtodos espectroscpicos10 1 10-110-210-310-410-510-610-710-810-9 10-101 cm 1 m 1 Ondas de radioMicroondasInfrarrojo (IR)FIR MIR NIRVISUV RXFluoresc.Rayos XEspectroscopainfrarrojaEspec.VIS-UVAbsorcin microondasRotacinmolecularVibracinmolecularTransicinelectrnica10-710-910-1110-1310-1510-176329CuKLMKLMKLMEmisin de rayos X29 protones y 34 neutrones63 29Cu2.- Origen de la fluorescencia de rayos XhE EhEexterno erno ==int000 > -Prdidas de energa cintica no cuantizadas-Si Ecintica del e- = Eradiante,- 0 =- 0es independiente del elemento00hch eV = =Ley de Duane - HuntV eVhc 393 . 12=Espectro de rayos X al bombardear un blancoEspectro continuoEspectro de lneasContinuo0- Creacin de huecos y ocupacin por otros electrones- Niveles cuantizados transiciones caractersticas- Se deben obedecer las reglas de seleccinn > 0, l = 1, j = 0 1LneasN1M5,4M3,2M1L3L2L1K0.010.1110K-L3K1K-L2K2K-M3,2KEnerga (eV) 30 L2 L1-N2 30 L3 L1-N3 70 L4 L1-M2100 L3 L1-M3Lneas L13 L6 L2-O13 L L2-M1 20 L1 L2-N4100 L1 L2-M4Lneas L2 1 L6 L3-N1 5 Ll L3-M1 25 L2,15 L3-N5,4 10 L2 L3-M4100 L1 L3-M5Lneas L3 8 K3 K-M2 17 K1 K-M3 50 K2 K-L2100 K1 K-L3Lneas KIntensidad relativaSiegbahn IUPACNotacinDiagrama del hierroK< LL1=1.28 K1= 0.18L1=1.47 K1= 0.21Serie L ()Serie K ()Elemento: W3.- Absorcin de rayos XCoeficiente de absorcin msico ()KLILIILIIIRegin de aumento:Energa = energa de ionizacin + Ecintica del electrnRegin de cada brusca (o bordes):Energa = energa de ionizacin (resonancia)Caractersticas de los espectros de absorcin: bordescaracterstica de cada elemento e independientede su forma qumica. bordes< fluorescencia Fluorescencia = absorcin + emisin Absorcin obedece la ley de Beer...) (0010+ + + ====C C B B A A MXW W We I IXIILnXIILn I, Io: Intensidad de luz transmitida e incidente1: coeficiente de absorcin linealX: espesor de la muestra (cm): coeficiente de absorcin msico : densidad del materialWi: concentracin de elemento i en pesoEmisin de rayos XKLMKLMKLMEmisin de un electrnAuger4.- Rendimiento de la fluorescencia de rayos X. Efecto AugerKLM: Rendimiento n: n de fotones primariosnf: n de fotones fluorescentesnnf= Mi: Masa de analito por unidad de rea: densidadT: espesor de la muestraCi: concentracin de analitoAnlisis cualitativoMedida de la energa de los fotonesAlSiKCaTiFeKRbSrEnerga (eV)0 2 4 6 8 101216IntensidadAnlisis cuantitativoMedida del nmero de fotonesPi= MiGiPi= MiGiMi= T CiIntensidad de fluorescenciaConstante:= Elemento= Condiciones145.- Fundamento del anlisis por fluorescencia de rayos X6.- InstrumentacinFuenteDispersin de longitudes de ondaCristalanalizadorDetectorFuenteDispersin de energasDetectorde estadoslido- ++--30 KVFilamento yctodoe-Rayos XnodoAgua refrigeranteTubo Coolidge= Elementos ligeros:nodo de cromo= Elementos pesados:nodo de W Au= Elementos ligeros y pesadosnodos dobles (Cr/Au)= Elementos ligeros:nodo de cromo= Elementos pesados:nodo de W Au= Elementos ligeros y pesadosnodos dobles (Cr/Au)6.1.- Fuentes de rayos X6.2.- Cristal analizadordn = 2 d sen dnsen2 =Ley de BraggB-C 0.008 0.032 10.464 115.90 120.0 PX2P-Cl 0.15 0.59 0.569 6.307 6.53 Ge (111)K-U 0.25 0.96 0.350 3.883 4.02 LiF (200)Ti-U 0.35 1.35 0.248 2.753 2.85 LiF (220)mnmxmnmxIntervalo ptimo DISPERSINd/dAPLICABILIDAD 2d () CristalRestricciones:-Espaciado d ~ -2 entre 10 y 150Restricciones:-Espaciado d ~ -2 entre 10 y 1506.3.- Sistemas de deteccinDetectores de ionizacin de gasVentana de entradaVentana de salidanodocolectorRXAr+e-e-e-Ar+Ar+ArArn de electrones por fotnVoltaje aplicadoV1 V2V3V4V5V6Cmara de ionizacinContador proporcionalContador GigerFotn R X + Ar A++ e-Cristal deNaI (Tl)Tubo fotomultiplicador+ 1200 VRayos XDetectores de centelleoDetectores de estado slido7.1.- Espectrmetro de rayos Xpor dispersin de longitudes de ondaTubo de rayos XMuestraCristal de difraccinDetectorColimadoresCmaraa vacoMuestraTubo de rayos XDetector7.2.- Espectrmetro de rayos X de dispersin de energas7.3.- Dispersin de energas versus dispersin de longitudes de ondaDispersin de longitudes de ondaDispersin de energasCristal analizadorAnalizador de alturas de impulsosVentajas de la dispersin de energa= Simplicidad del instrumento= Mayor rendimiento energtico= SimultaneidadVentajas de la dispersin de energa= Simplicidad del instrumento= Mayor rendimiento energtico= SimultaneidadInconvenientes de la dispersin de energa= Peores resoluciones para > 0.8 = Tiempos de integracinInconvenientes de la dispersin de energa= Peores resoluciones para > 0.8 = Tiempos de integracinLmites de deteccin: similares con ambosAnlisis cualitativo: - energa ms rpido- picos tenues junto con picos intensosAnlisis cuantitativo:- rapidez similar- ms caros los de dispersin de - menos lneas los de dispersin de ELmites de deteccin: similares con ambosAnlisis cualitativo: - energa ms rpido- picos tenues junto con picos intensosAnlisis cuantitativo:- rapidez similar- ms caros los de dispersin de - menos lneas los de dispersin de E8.- Preparacin de la muestra en fluorescencia de rayos XElementos mayoritariosFusin:Brax (Na2B2O7)Tetraborato de litio (Li2B4O7)Dilucin: alta, intermedia o baja-50:1-Eliminacin efecto matriz-Reduccin de la seal-Problema Nay Mg-50:1-Eliminacin efecto matriz-Reduccin de la seal-Problema Nay Mg-2:1-Eliminacin efecto matriz-No cae la seal-Patrones similares a la muestra-2:1-Eliminacin efecto matriz-No cae la seal-Patrones similares a la muestra-til para rocas silicatadas o carbonatadas-til para rocas silicatadas o carbonatadasElementos trazasMoliendaSecado (120C)Calcinacin (950 C)Adicin eluyente altao baja absorcinAdicin aglomerantePresin elevadaSistema portamuestrasintercambiables9.- Efectos de matriz en fluorescencia de rayos XCA= GiIAM SCA= GiIAM SEfecto del tamao de grano=Efecto de absorcin primario=Efecto de absorcin secundario=Efecto de refuerzoEfectos de matrizIntensidad relativaFraccin en pesoEfecto de refuerzoNingn efecto de matrizEfecto de absorcinLa intensidad de fluorescenciadisminuye al aumentar el tamaode la partculaCorreccin de los efectos de matriz en fluorescencia de rayos X- Igualacin de la matriz- Mtodo de dilucin( ) ( ) ( )+ + + + += =i l i p d l d p m l m ppA C A C A CCKIIIIi d MA ApAprimariaanaltica, , , , , ,, Eficiencia de excitacin de una lnea de fluorescencial: long. de onda de excitacinp: long. de onda de la radiacin de RXA: constante: coeficientes de absorcin msicosCA: conc. de analitoCd: conc. de diluyenteCM: conc. de un elemento de la matrizCi: conc. Del resto de elementos de la matrizFormas de hacer que el denominador sea insensible a cambios en la matriz:= Aadir una concentracin elevada de diluyente con a py lbajos= Aadir una concentracin baja de diluyente con a py lmuy altos- Mtodo del patrn internoVentajas:Compensa efectos absorcin-refuerzoNo hay que medir fondosInconvenientes:EAplicable a pocas sustancias y a conc. < 25%EMayores tiempos de anlisis y costesESlo para un elemento en cada matriz- Mtodos matemticos10.- Caractersticas analticas y aplicaciones de XRF+Mtodo no destructivo de la muestra+Mnima preparacin de la muestra ( en ocasiones)+Amplio intervalo dinmico+Determinacin cuali y cuantitativa de elementos en muestras slidas y lquidas+Tiempo de anlisis:Anlisis cualitativo con equipos de dispersin de energas: 5 minAnlisis cuantitativo preciso: 30 min+Mtodo no destructivo de la muestra+Mnima preparacin de la muestra ( en ocasiones)+Amplio intervalo dinmico+Determinacin cuali y cuantitativa de elementos en muestras slidas y lquidas+Tiempo de anlisis:Anlisis cualitativo con equipos de dispersin de energas: 5 minAnlisis cuantitativo preciso: 30 minLimitaciones: Intervalo de elementos analizables limitado a Z > 11 Efectos de matriz en ocasiones severos La matriz en patrones y muestra a menudo no puede ser igual Lmites de deteccin:Elementos pesados del orden de los g/mlElementos ligeros del orden de 10 a 100 g/mlLimitaciones: Intervalo de elementos analizables limitado a Z > 11 Efectos de matriz en ocasiones severos La matriz en patrones y muestra a menudo no puede ser igual Lmites de deteccin:Elementos pesados del orden de los g/mlElementos ligeros del orden de 10 a 100 g/mlTEMA 7. Espectroscopa molecular visible ultravioleta. Absorcin y fluorescencia1.- Introduccin a la absorcin VIS-UV. Definiciones2.- Transiciones electrnicas2.1.- Transiciones *, n *, n * y *2.3.- Absorcin que implica electrones d y f2.4.- Absorcin por transferencia de carga3.- Desviaciones de la ley de Beer4.1.- Desviaciones instrumentales4.2.- Desviaciones qumicas4.- Instrumentacin5.1.- Fuentes, selectores de longitud de onda, detectores5.4.- Cubetas5.5.- Ejemplos de equipos utilizados en VIS-UV5.- Aplicaciones de la espectroscopa de absorcin molecular VIS-UV6.- Introduccin a la luminiscencia VIS-UV7.- Teora de la fluorescencia y fosforescencia7.1.- Procesos de desactivacin no radiativos7.2.- Factores que afectan a la fluorescencia y fosforescencia7.3.- Relacin entre la concentracin y la intensidad de emisin8.- Instrumentacin9.- AplicacionesCoeficiente de extincin molarA/bc Absortividad molar, l/(mol cm)Coeficiente de extincin, k A/bc Absortividad, al/(g cm)l, d Longitud de la trayectoria de la radiacin en cm, bTransmisin, T I/I0Transmitancia, TDensidad ptica, D; extincin, ElogI0/I Absorbancia, AIntensidad de radiacin, I, I0Energa en Joules de la radiacin incidente en el detector, por m2y por segundo Potencia radiante, P, P0Nombre alternativo y smboloDefinicin Trmino y smboloIobIEspecie absorbente(c mol/l, g/l)Introduccin a la absorcin VIS-UV. Definiciones- Proceso en dos pasosa) AbsorcinM + h M* b) Relajacin M* M + calor M* B M* M + h- Tiempo de vida de M* 10-8 10-9sLa absorcin de radiacin UV o VIS proviene de la excitacin de los e-enlazantes o no enlazantes- Los grupos funcionales son los que absorben la luz a adecuada- > 185 nm grupos cromforos- poseen enlaces dobles- espectros complejos (bandas)- e-que contribuyen a la absorcin:- participan en el enlace- no participan en el enlace- Orbitales/electrones enlazantes y antienlazantes- Orbitales/electrones sigma () y pi ()Orbital Orbital *Orbital Orbital *Luminiscencia (emisin molecular)Reacciones fotoqumicasH C OHElectrones enlazantes Electrones no enlazantes nElectrones enlazantes Transiciones electrnicas n n nantienlazanteantienlazanteno enlazanteenlazanteenlazanteDiferencias entre ambas transiciones- (n *) < ( *)- Si aumenta la polaridad del disolvente, desplazamientos opuestos de = Transiciones n *- entre 150 250 nm227 (CH3)3N215 CH3NH2184 (CH3)2 O 229 (CH3)2S258 CH3I173 CH3Cl184 CH3OH167 H2Omx(nm) Compuestotransiciones n *= Transiciones n * y *- Las ms tiles- entre 200 y 700 nm= Transiciones *- bajas (E elevadas)CH4(125 nm); C2H6(135 nm)Diferentes cromforos184204 (E2)256 (B)C6H6(3 bandas)250 CH2=CHCH=CHCH=CH2217 CH2=CHCH=CH2185 CH2=CHCH2CH2CH=CH2184 CH3CH2CH2CH=CH2204 OHCH3C=O186 CH3CH3C=O177 C6H13CH=CHmxCromforoEfectos aditivosCuanto mayor n deCromforos, mayor Cuanto mayor n deCromforos, mayor Efecto de la conjugacinLa conjugacin favorecela estabilizacin del estadoexcitado (mayor deslocalizacin)Grupos cromforos y auxocromosCromforos: Grupos que absorbenradiacin VIS-UVCromforos: Grupos que absorbenradiacin VIS-UVIdentificacin de gruposfuncionalesIdentificacin de gruposfuncionalesAbsorbanciaLongitud de onda (nm)Desplazamiento batocrmicoDesplazamiento hipsocrmico254 Ion anilinio, C6H5NH3+280 Anilina, C6H5NH2287 Fenolato, C6H5O-270 Fenol, C6H5OH261 Tolueno, C6H5CH3256 Benceno, C6H6Banda B Compuesto aromticoCambio hipercrmicoAuxocromos: Grupos que no absorben radiacin VIS-UV pero provocan desplazamientos de mxAuxocromos: Grupos que no absorben radiacin VIS-UV pero provocan desplazamientos de mxAumento en la absorbanciaDisminucin en la absorbanciaCambio hipocrmico=Absorcin que implica electrones d y fEnergaSin campo Campo ligandoligando octaedricodz2, dx2-y2dxy,dxz,dyzdx2, dx2-y2dxy,dxz,dyzTeora del campo cristalinoReaccin redox internaFe(SCN)3+ h [Fe(II) SCN]*ZXYdxzZXYdyzZXYdxyZXYdz2E aumenta con el campo ( disminuye)Cr(III)6Cl-736 nm6 H2O 573 nm6 NH3462 nm6 CN-380 nmE aumenta con el campo ( disminuye)Cr(III)6Cl-736 nm6 H2O 573 nm6 NH3462 nm6 CN-380 nm= Absorcin por transferencia de cargaZXYdx2-y2H HH HH HH HH HH HDesviaciones de la ley de BeerAM= log (I0 + I0)/(I + I)AM= log (I0 + I0) log (I0 10-bc+ I0 10-bc)Slo si = ; AM= b c (se cumple la ley de Beer)AbsorbanciaBanda BLongitud de ondaBanda AAbsorbanciaBanda BConcentracinBanda A+ Efecto de la anchura y posicin de la rendija- no debe cambiar+ Efecto de la anchura y posicin de la rendija- no debe cambiar+ Luz policromtica(a) un haz con dos ;(b) Para y se cumple la ley de Beer+ Luz policromtica(a) un haz con dos ;(b) Para y se cumple la ley de BeerPara :A = log I0/I = bcI0/I = 10bcI = I0 10-bcPara :A = log I0/I = bcI0/I = 10bcI = I0 10-bcDesviaciones instrumentales+Efecto del pH (indicadores cido-base,cromato dicromato)- Punto isosbstico- Efectos del disolvente+Radiacin parsitaA = log (I0+ Is)/(I + Is)+Interaccin entre absorbentes (si c >0.01 M)+ Efecto de n sobre - si c , n - se produce atenuacin de la luzDesviaciones qumicas+Produccin de reaccionesAbsorbanciapH = 2325 350375400425 Longitud de onda (nm)pH = 10Efecto ms significativo cuanto mayor es AFuentes de emisin- Colocados antes de la muestra- Filtros o monocromadores (red)Selectores de InstrumentacinColor observado Color absorbido Longitud de onda( complementario) de absorcinalrededor de 500 nmrojo verdepor encima de 600 nmazul naranja-rojosobre 450 nmamarillo violetaeabcdmonocromadoresa: Rendija de entradab: Espejo esfricoc: Red de difraccind: Espejo esfricoe: Rendija de salidaDetectoresFuente (dc)AmplificadorRnodoctodoR900 WAmplificador eindicadornodoctodoluz- Material transparente- Cuarzo o slice fundida (UV, < 350 nm)- Plstico (VIS)- Caras perfectamente paralelas- Camino ptico entre 0.1 y 10 cm- Deben mantenerse muy limpias- No secarse en mufla o estufaRecipientes para la muestra (cubetas)Tipos de cubetas- Cilndricas (marcas)- Rectangulares- De muestreo- De flujoReferenciaMuestraObturadorFiltroFuenteDEjemplos de equipos empleados en VIS-UVFotmetro de un solo hazDFiltroFuenteReferenciaMuestraObturadorCuaFotmetro de doble hazFuente (W)DetectorFiltro deinterferencia(420-900 nm)Fibra opticaEspejo- Se sumerge en la muestra- Determinaciones in situ- Muy til en valoraciones fotomtricas- Se sumerge en la muestra- Determinaciones in situ- Muy til en valoraciones fotomtricasFotmetro para HPLCFotmetro de sondaFuenteDetectorde la columnadesecho- Los hay para el VIS (380 800 nm)- Muy sencillos (Lmparas de W)- Anlisis sobre todo cuantitativo- Ajuste del 0 y 100% T- Anchura de banda 20 nm- Los hay para VIS-UV (190 800 nm)- Dos lmparas: W y D2- Redes planas y cncavas- Anchura de banda 2 8 nm- Tubo fotomultiplicadorEspectrofotmetros de haz simpleEspectrofotmetros de doble haz- Anchura de banda 0.2 4 nm- Anlisis simultneo- Pocos componentes: mayor rendimiento- Barridos en 0.1 s desde 200 a 820 nmEspectrofotmetros multicanalDetector de filas de diodosRedEspejo de enfoqueEspejo colimadorPasos a seguir- Seleccin de - Limpieza de las cubetas- Curva de calibradoAplicaciones de la espectroscopa de absorcin molecular VIS-UVCondiciones del analitoCondiciones del disolvente331 Propanona280 Benceno216 Dioxano210 MeOH209 2-PrOH207 EtOH205 Dietil eter200 Heptano199 Hexano (nm) DisolventeAnlisis cuantitativo= Estable= No dar lugar a coloides o = Solubilizar= No absorberCaractersticas del mtodo Elevada sensibilidad Moderada selectividad Buena precisin Fcil manejo Muy utilizadoHay que corregir los efectos de la dilucinSe debe obedecer la ley de Beer Ventajas- Correccin del efecto de matriz- No reacciones completasmuestravalorante muestramedida corregidaVV VA A+=AbsorbanciacorregidaVolumen de valoranteSolo absorbe elvaloranteAbsorbanciacorregidaVolumen de valoranteSolo absorbe elproductoAbsorbanciacorregidaVolumen de valoranteLa muestra no absorbe yel producto absorde masque el valoranteAbsorbanciacorregidaVolumen de valoranteSolo absorbe lamuestraAbsorbanciacorregidaVolumen de valoranteEl producto no absorbe yla muestra absorbe masque el valoranteAbsorbanciacorregidaVolumen de valoranteLa muestra noabsorbe y elvalorante absorbemas que elproductoValoraciones fotomtricasAgitadormagnticofotmetroVentajas- Se consigue mayor resolucin- Se elimina el fondoInconvenientes- La sensibilidad baja- Aparecen picos satliteSe representa dnA/dnversus absorbancia2 derivadaLongitud de onda (nm)VariableDerivada primeraLongitud de ondaBandaSegunda derivadaEspectroscopa de derivadaTabla resumen de aplicaciones de absorcin VIS-UVAplicaciones bioqumicas Determinacindela actividad enzimticaAyudaaconocerel estadodelestatus nutricional y de salud, ya queesunproductodel metabolismodelas protenasDeterminacin de ureatilenestudiosde clonacinydebiologa molecular, bioqumica.Determinacindelapureza delDNAyRNA. Determinacin de protenasControldelacalidadde los medicamentosAplicaciones farmacuticasSepuedeaveriguarqufraccin de un metal estcomplejadoComplejos metlicosMedidoparaevaluarla autenticidad de zumoscido ascrbicoSuadicinparaconferir unmayorcontenido cidoaalimentosestprohibidaDeterminacindecido mlicoAPLICACINGrandesconcentraciones indicanesteroesclerosis, nefrosis, diabetes, etc.Determinacin de colesterolElclorolibredaunaidea directadelacapacidad desinfectante del aguaDeterminacindecloroen aguas de piscinatilparalaevaluacindela contaminacin orgnicaDeterminacin de la DQOAPLICACINRelacionadaconladiabetes mellitasDeterminacin de glucosaElevadasconcentracionesen elplasmasanguneoindican enfermedades renalesDeterminacin de fosfatoDeterminacin de drogasEstado singuletefundamentalEstado singuleteexcitadoEstado triplete excitado- Luminiscencia:FluorescenciaFosforescenciaQuimioluminiscencia- Intensidad de emisin concentracin- Ventajas e inconvenientes frente a absorcinTiempo de vida singulete: 10-5a 10-8sTiempo de vida triplete: 10-4y varios sTiempo que se requiere para que la poblacinen el estado excitado caiga hasta un valor de 1/e de su poblacin inicialIntroduccin a la luminiscencia VIS-UV.Teora de la fluorescencia y fosforescencia1234Estados excitados singuleteEstado excitado tripleteEstadofundamentalAbsorcinFluorescenciaRelajacin vibracionalConversin internaCruzamiento entre sistemasConversin externaFosforescenciaProcesos de desactivacin no radiativosRelajacin vibracional- Causada por el ambiente- Tiempo de vida: 10-12s- aumentaConversin interna- Solapamiento de niveles energticos vibracionales-Ms probable que la fluorescenciaConversin externa- Interaccin con el disolvente- Medios de elevada o a baja temperaturaCruzamiento entre sistemas- Cambio en el espnPredisociacin y DisociacinEfecto de la estructurad pd ic ec i ffk k k k k kk+ + + + += NNHONNHfuranopirrolpiridinaquinolenaindolEfecto de la rigidezfluorenoCH2bifeniloN:H H+NH H-+NH H-N+H HHanilinaIn anilinioFactores que afectan a la fluorescencia y fosforescenciaRendimiento cunticoN de especies que producen fluorescencia con respecto al n de excitadasEfecto de la temperatura y disolventeEfecto del pHRelacin entre la concentracin y la intensidad de emisinI = K (I0-I) I/I0 = 10-bc F = KI0 (1-10-bc) F = K I0 [ 2.303 bc (2.303 bc)2/2! ++ (2.303 bc)3/3! ...] F = K I0 2.303 b c F = K c Desviaciones de la linealidad=Autoatenuacin=AutoabsorcinLog FluorescenciaConcentracinEspectros de emisin y excitacinHaz de luz de excitacinHaz de luz de emisinRendijaRendijaAntraceno300 380460Long. de onda (nm)ExcitacinFluorescenciaF = K(I0 - I)DetectorFiltro/Monocromador de emisinMuestraInstrumentacinFiltro/Monocromador de excitacinFuenteFuenteFiltro/monocromador deexcitacinMuestraAtenuadordel hazFotomultiplicadorde referenciaFotomultiplicadorde muestraFiltro/monocromador de emisinAmplificadorPantallaFluormetrosEspectrofluormetrosFosforimetraAplicacionesMtodos fluorimtricos vs absorcinMs sensiblesSeal slo depende de I0Seal superpuesta sobre un fondo nuloMayor selectividadCu;, benzo[]pireno, formaldehido, fenol Controldela calidad del airePb; benzo[]pireno, formaldehido, fenol Controlde emisiones industrialesCu,Pb,Sn,Zn;aflatoxinas,estradiol,vitaminaA,vitaminaB1,vitaminaB2,vitamina C, vitamina E, nitrosaminas voltiles Aplicaciones clnicasy sanitariasB, Zn, benzo[]pireno, hidrocarburos en petrleos Anlisisde sedimentosAs, B, Be, Cr, Fe, Se, Si; fluoruros Controldela calidaddeun agua potableAl,B,Cu,Fe,Mn,Mo,Ni,Pb,Sn,U,V,Zn; cianuros,nitratos,nitritos,sulfuros;surfactantes aninicos,benzo[]pireno, surfactantescatinicos,formaldehido, hidrocarburos en petrleos, fenolesControldela calidaddeun agua residualMtodos fosforimtricosComplementarios con losfluorimtricosHidrocarburos aromticos con tomos pesadoscidos nuclicos y aminocidosAnlisis sobre soporte papeln3n2n1n3 < n2< n1Fibra pticaSensores pticos (optrodos)Pequeo sistema capaz de reconocer de forma continua concentraciones de constituyentes qumicos en lquidos o gases y convertir esta informacin en una seal elctrica u pticaColoide de plata Fluorescena Cl-Celulosa Morina Al3+Vidrio Fluoresceinamina pH (4-7)Inmovilizacin Reactivo Analitoluz luzReactivoInmovilizadoTEMA 8. Espectroscopa molecular en el infrarrojo. Absorcin y Raman1.- Fundamentos de la absorcin de radiacin infrarroja1.1.- Transiciones vibracionales.1.2.- Oscilador armnico y no armnico1.3.- Modos de vibracin1.4.- Intensidad de las bandas de absorcin2.- Instrumentacin5.1.- Fuentes5.4.- Selectores de longitud de onda5.5.- Detectores3.- Instrumentos empleados en absorcin IR3.1.- Instrumentos dispersivos3.2.- Instrumentos no dispersivos3.3.- Instrumentos por transformada de Fourier4.- Tcnicas de manipulacin de la muestra5.- Aplicaciones, tcnicas acopladas6.- Fundamentos de la espectroscopa Raman6.1.- Comparacin con absorcin IR7.- Instrumentacin8.- Aplicaciones9.- Comparacin espectroscopa Raman Absorcin IRFundamentos de la absorcin de radiacin InfrarrojaFrecuencia (Hz)Tipo de transicinLongitud de onda (m)ReginespectralMtodos espectroscpicos10 1 10-110-210-310-410-510-610-710-810-9 10-101 cm 1 m 1 Ondas de radioMicroondasInfrarrojo (IR)FIR MIR NIRVISUV RXFluoresc.Rayos XEspectroscopainfrarrojaEspec.VIS-UVAbsorcin microondasRotacinmolecularVibracinmolecularTransicinelectrnica10-710-910-1110-1310-1510-17(cm-1)70 12800(m)1000 50 2.5 0.78FIR MIR NIRMs usadoMolculaVibracin a una frecuencia mCambio en el momento dipolarSi m= IRAbsorcin de radiacinEoE1E2EnergaRadiacin IREstadosRotacionales321032103210EstadosvibracionalesBaja resolucinAlta resolucinTipos de vibracionesDistancia interatmicaEnerga potencialEnerga dedisociacinv0v1v4v5v3v2Oscilador armnicoOscilador armnico km21=) 1 ()21( = + =Vh V EmOscilador no armnico=Interacciones entre dos o ms vibraciones de una molcula=A n cunticos V superiores desviaciones de la energaSe observan transiciones a V 2, 3Modelo mecnicoModelo cunticoLimitaciones:+No se tiene en cuenta la repulsin entre tomos+Epcae al aproximarnos a la disociacin molecularBandas de sobretonoMolcula con N tomosn modos = 3 N 3 3 = 3N 63650 cm-13760 cm-11595 cm-1H2OMolcula lineal con N tomosn modos = 3 N 3 2 = 3N -5Modos de vibracin+ - -2330 cm-1667 cm-1CO2Factores que dan lugar a ms bandas de las previstas:Bandas de sobretonoBandas de combinacinFactores que dan lugar a menos bandas de las previstas: La simetra de las molculas no permite cambios en el dipolo Las energas de dos vibraciones son idnticas o casi idnticas La intensidad de absorcin es tan baja que apenas es detectable La longitud de onda cae fuera del intervalo de trabajo del instrumentoIntensidad de las bandas de absorcinInstrumentacin=Fuentes0.5 12 34 56 7 8E (W/cm2/m) (m)T = 1000CT = 800CT = 600C1. Emisor de NernstAlambre de PtAlambre calentador de PtReflector1101001000100000 2 4 6 8 10 12 (m)Energa (unidades arbitrarias)2. Fuente Globar Barra de SiC calentada Por debajo de 5 m mayor energa que el emisor de Nernst Al aumentar T aumenta el coef.de resistencia elctrico3. Fuente de filamento incandescente Alambre de Ni-Cr calentadoelctricamente Mayor vida media Concentra la mayora de su energa en el MIR til para NIR y MIR Menor coeficiente deresistencia al ^ T Fragilidad RefrigeracinEspejo flexibleFuente(visible)Cmara neumticaDetectorVentana= Sistemas dispersivos de la radiacin1. Filtros de interferencia2. Prismas, Materiales frgiles3. Redes de difraccinNaCl (2.5 15 m)KBr, CsBr (15 40 m) MIRLiF (1 5 m) NIR, MIR= Detectores1. Detectores trmicosTermopares Bolmetros Clula neumtica de GolayPelcula tipo n Pelcula tipo p NegroUnin sensible(caliente)Unin de referencia(fra)Base y pozo de calor de AlVentana2. Detectores piroelctricos3. Detectores fotnicosRespuestaLong. Onda (m)InSn (77K)PbSnTe(4K)PbSnTe(77K)51113Tipos de instrumentos empleados en IR1. Instrumentos dispersivos de redH2OH2OCO2CO2La muestra se coloca entre la fuente y moncromadorSon de doble haz= Compensan variaciones en la emisin de la fuente= Compensan absorciones por el H2O, CO2, etc.MuestraReferenciaFuenteCortadorCuaMonocromadorDetector% TransmitanciaLongitud de onda (m)Espectro del fondocon un equipo de haz simple2 162. Instrumentos no dispersivostiles para la determinacin de un nmero reducido de compuestosMs baratos y sencillos que los anterioresFotmetros de filtro= Usan filtros de interferencia intercambiables= Caminos pticos elevados (de hasta unos 20 m)Fotmetros sin filtroDetectorCortadorFiltroFuenteCOCOCuaMuestra ReferenciaDetector COCODiafragmaCortador3. Instrumentos basados en la transformada de Fouriery = a0sen (0 x) + b0cos (0 x)+ a1sen (1 x) + b1cos (1 x)+ a2sen (2 x) + b2cos (2 x)+ ( ) ( ) [ ]=+ =0cosnn nx n b x n sen a y Anlisis de Fourier0.0030 -0.0044 80.0046 0.0061 7-0.0188 -0.00481 60.0349 0.000089 5-0.0437 0.0079 40.0247 -0.0144 30.0377 0.01518 2-0.1607 -0.0069 10.1369 0 0bnann0 10x5 0 102 21 2 ===x xEspectroscopa dedominio de tiempo(Intensidad vs tiempo)Espectroscopa dedominio de frecuencia(Intensidad vs frecuencia)TiempoP(t)TiempoP(t)P(u)P()P()2Transformada de FourierFuentesmonocromticasFuentespolicromticas121P(t) = k[cos(21t)+cos(22t)FuenteDetectorMuestra0 +/2-/2Espejo fijoEspejo mvil+/4 - /4O A B C DMFl, cmP(t)/20 -/2- DivisorRadiacin monocromtica) 2 cos( ) ( ) ( ft B P =) 2 cos( ) (21) ( ft P P =) 2 2 cos( ) ( ) ( t V B Pm =) 2 cos( ) ( ) ( B P =) 2 cos( ) ( ) 2 cos( ) ( ) (2 211 B B P + =nnnd B P = ) 2 cos( ) ( ) ( d P Bn = ) 2 cos( ) ( ) (Onda coseno fig. aEn la prctica se tieneen cuenta que el divisor nosepara el haz en dos partes iguales (se introduce B)2 =mV m mV Vf22 /1= = =mV f 2 =tVm2=Para el interferograma de laFig. b (transparencia anterior) Para el interferograma de laFig. c (transparencia anterior)Transformada de FourierDefiniciones:Vm: velocidad de desplazamiento del espejo mvil: Tiempo necesario para que elespejo se mueva a /2f: Frecuencia de seal en eldetectorP(): Potencia del haz en funcindel tiempoP(): Potencia del haz en funcinDe la frecuenciaVentajas de los instrumentos de FTIR: Mayor rendimiento de la radiacin (mayor S/R) Exactitudprecisin en la longitud de onda (mayor S/R) Mayor rapidezVentajas de los instrumentos de FTIR: Mayor rendimiento de la radiacin (mayor S/R) Exactitudprecisin en la longitud de onda (mayor S/R) Mayor rapidezResolucin en espectroscopa de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR)1 2 = ) 2 cos( ) ( ) 2 cos( ) ( ) (2 211 B B P + =( ) 1 2 2 2 21 1 2+ = + = 11 2= Divisor del haz FIR: pelcula Mylar MIR: Ge Si sobre CsBr, CsI, NIR: Fe2O3sobre CaF2Fuentes: las anterioresDetectores: piroelctricos(sulfato de triglicina)Sistema de traccin del espejo: velocidad cte y posicinexacta siempre conocidaInstrumentacin en FTIRInterferograma del fondo Interferograma de la muestraTransformada del fondo Transformada de la muestraEspectro de transmisinFuenteDetectorMuestraEspejo fijoEspejo mvilFotmetro FTIR de doble hazReferenciaFuente IRDetector IRMuestraEspejofijoEspejo mvilFuente luz blancaLserDetector 1Detector 2Fuente IRDetectorIRMuestraEspejo fijoEspejo mvilLserDetectorlserFotmetros FTIR de haz simpleTcnicas de manipulaci