ESPECTROSCOPIA

ESPECTROSCOPIA Su objetivo principal son las

interacciones de la radiación y la materia.

Los métodos se basan en medir la cantidad de radiación producida o absorbida por las especies moleculares o atómicas de interés.

Los métodos espectroscópicos se clasifican de acuerdo a la región espectro electromagnética utilizada o producida por la medición.

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Estos métodos son los siguientes: Rayos gamma, rayos x, ultravioleta, visible infrarrojo, microonda y las de radiofrecuencia.

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La radiación electromagnética es una forma de energía trasmitida a través del espacio a grandes velocidades.

En la región UV/VIS y a veces la IR la radiación electromagnética se le llama luz.

Esta radiación electromagnética se describe como una onda con propiedades de longitud de onda, frecuencia, velocidad y amplitud.

ESPECTROSCOPIA El modelo de onda nos explica el

fenómeno asociado con la absorción y emisión de la energía radiante.

La radiación electromagnética se trata como paquetes discretos de energía o como una partícula llamada fotón o cuánto.

La radiación electromagnética es convenientemente modelada como ondas que consisten en campos magnéticos y eléctricos que oscilan perpendicularmente.

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El campo eléctrico para una onda de frecuencia única oscila de manera sinusoidal en el tiempo y el espacio.

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Características de la onda: Amplitud de la onda y se define la

longitud de onda. Frecuencia (V) es el numero de

oscilaciones. Velocidad (V)del frente de onda a

través de un medio depende tanto del medio como de la frecuencia.

Longitud de onda (λ) es la distancia lineal entre los máximos y mínimos sucesivos de una onda.

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Se puede relacionas tres términos para poder calcular la velocidad de la onda con la siguiente fórmula:

V = Vλ

V = frecuencia λ = longitud de onda

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La velocidad de la luz para el vacio y para el aire viaja a 3.00 x 1010 cm s-1

El número de onda ν es otra forma de describir la radiación electromagnética.

Esta dada por la formula:

V= 1/λ

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En muchos tipos de interacción radiación/materia, es útil enfatizar la naturaleza de partícula de la luz como una corriente de fotones o cuantos.

La energía de un solo fotón se relaciona con su longitud de onda, frecuencia y número de onda mediante:

E = hCV Donde h es la constante de Plank = 6.63 x

10-34 J S

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Los espectroscopistas utilizan las interacciones de la radiación con la materia para obtener información sobre una muestra.

La muestra es estimulada de alguna manera mediante la aplicación de energía en forma de calor, energía eléctrica, luz, partículas o de una reacción química.

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Antes de aplicar el estimulo el analito se encuentra en su estado de energía más bajo llamado estado basal.

El estimulo provoca que pase una transición a un estado de mayor energía llamado estado excitado.

Adquirimos información sobre el analito midiendo la radiación electromagnética emitida conforme este regresa a su estado basal o midiendo la cantidad de radiación electromagnética absorbida como resultado de la excitación.

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En química analítica enfocamos nuestro estudio a la espectroscopia de absorción, se mide la cantidad de luz absorbida como función de la longitud de onda.

Este tipo de absorción puede proporcionar tanto información cualitativa y cuantitativa acerca de la muestra.

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Esta espectroscopia de absorción se enfoca en la región UV/vis del espectro porque es ampliamente utilizada en química, biología, ciencias forenses, ingeniería, agricultura, química clínica y otros.

Otro tipo de espectroscopia es la espectroscopia de fotoluminiscencia, este mide la emisión de los fotones después de la absorción.

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Proceso de absorción Ley de Beer-Lambert o ley de Beer, nos indica

cuantitativamente como la cantidad de atenuación depende de la concentración de las moléculas absorbente y de la longitud de la trayectoria donde ocurre la absorción.

Conforme la luz atraviesa un medio que contiene un analito absorbente, la intensidad disminuye a medida que el analito es excitado

Para una disolución de analito a una concentración dada, cuanto mayor sea la longitud del medio por el cual pasa la luz, más absorbentes habrá en la trayectoria y mayor será la atenuación. De igual modo, cuanto mayor sea la concentración de los absorbentes, mayor será la atenuación.

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En la técnica se hace pasar un haz de radiación monocromática generada por un espectrofotómetro, con una longitud de onda determinada, a través de una celda que contiene una disolución del analito. El analito(s) absorbe parte de la radiación.

El espectrofotómetro mide la cantidad de luz monocromática emitida y la compara con la cantidad de luz que atraviesa la celda que contiene la muestra. Esta cantidad de luz con una potencia definida llega a un detector.

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La Transmitancia es la relación entre la intensidad de la luz que atraviesa la muestra (I1 ) y la intensidad original del haz luminoso(Io) que llega a la celda.

T = I1/Io

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Absorbancia(A) La A se define como el logaritmo del inverso

de T: A = log(1/T) = -log(T)  Se ha encontrado que la absorbancia es

directamente proporcional a la concentración del soluto y a la distancia que recorre el rayo de luz dentro de las solución que está en la celda.

Esto se expresa mediante la ley de Beer-Lambert.

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La Ley de Beer-Lambert se expresa así:  A = Єb C

B = es la longitud de la celda o longitud de paso del haz de luz, expresados en cm.

C = es la concentración molar del soluto, en mol/L.

Є = es la constante de absortividad molar y es específica para cada compuesto. Є = L x mol-1 x cm-1

 

ESPECTROSCOPIA De acuerdo a la ley de Beer-Lambert, al hacer

una gráfica de A obtenida contra la C del analito en varias soluciones estándar se obtendrá una línea recta hasta cierto límite de concentración, cuyo intercepto será en el punto (0,0) y cuya pendiente(m) será igual a A/C:

m = Єb = A/C  Conociendo la longitud de paso(b) se puede

calcular el coeficiente de extinción del compuesto(Є).

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Experimentalmente se lee la A de muestras estándar tratadas por el mismo método y en igualdad de condiciones.

Se traza una " curva de calibración" y se calcula la ecuación de la línea recta obtenida.

De esta manera se puede calcular la concentración de una muestra desconocida que se haya leído en igualdad de condiciones.

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La curva de calibración que aparece arriba representa el A de tres soluciones estándar de fosfato (fosfomolibdato reducido) a 885nm. Mediante esta curva de calibración podemos determinar la concentración de fosfato en una solución.

La ecuación de la curva obtenida con el software “Excel” nos permite calcular la concentración de una solución desconocida . Usando la ecuación calculemos la Cx para una solución desconocida que tiene una A=0.5 .

 Y = 2.735x + 0.057X =y -0.057/2.375 = (0.5 – 0.057)/2.375= 1.8X =1.8 mg/ml = 1.8 ppm  

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Ley de beer-lambert para muestras con más de un analito

Para una muestra que contenga dos o más analitos, a la misma longitud de onda( λ), la A total es igual a la suma de las absorbancias de los dos Analitos.

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Para una λ definida la A total es igual a la suma de las absorbancias parciales: A(total) = Ax + Ay Ax= Є(x)bCxAy = Є(y)bCy  luego para una mezcla de analitos se obtiene que: A total = Є(x)bCx +Є(y)bCy + Є(z)bCz+ ......Є(n)Cn Donde los subíndices(x, y, etc.) se refieren a cada uno de los analitos

absorbentes.  

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Ejercicios de Practica