Si deseas saber mas sobre la espectrofotometría (click aqui)

Espectrofotometria
ESPECTROFOTOMETRIA. BASES FISICAS
Radiación Electromagnética y su Interacción con la Materia
El principio de funcionamiento de la espectrofotometría se basa en el empleo de las
interacciones entre la radiación electromagnética y la materia.
Los modelos explicativos de la estructura de la materia que tienen como fundamento las
características ondulatorias de las partículas que la constituyen proporcionan un marco de
referencia conveniente para describir las interacciones entre la radiación electromagnética
y la materia.
La energía electromagnética se encuentra constituida por fotones cada uno de los cuales
tiene como característica una longitud de onda. Si asignamos una longitud de onda
característica a cada tipo de radiación, la propagación de esa onda se hará con una
frecuencia tal que al multiplicarla por su longitud debe darnos la velocidad de propagación.
Esto es:
v = c/ λ
La letra griega lambda minúscula representa la longitud de onda y la letra V representa la
frecuencia de esa onda. c= 2,99792458×108 m·s-1 es la velocidad de la luz en el vacío.
El rango del espectro electromagnético va desde Rayos cósmicos de alta energía (alta
frecuencia, corta longitud de onda) hasta microondas de baja energía (baja frecuencia, larga
longitud de onda).
La luz visible, que es la que podemos ver sin ningún tipo de transductor artificial, representa
apenas una pequeña porción de ese rango, con longitudes de ondas que van desde
alrededor de 400 manómetros para la luz azul, hasta alrededor de los 700 manómetros para
la luz roja. Longitudes de ondas mas cortas caen en la región Ultravioleta, y longitudes de
onda mas largas se ubican en la región Infrarroja.
1
Espectrofotometria
Los estudios de Plank describieron que a cada longitud de onda se le puede asignar un
valor de energía
Absorción y Emisión de Radiación por parte de la Materia
Una descripción simplificada de la estructura de la materia permite explicar los enlaces
entre los átomos para formar moléculas en términos de la localización de ciertas partículas
subatómicas, los electrones, entre esos átomos. Esas “partículas” evidencian sus
características ondulatorias ya que interactúan con la radiación electromagnética.
La molécula en su forma estable bajo las condiciones ambientales corrientes (estado basal)
se encuentra en un determinado nivel energético. Si se logra hacer incidir sobre esa
molécula un fotón de radiación electromagnética con la energía apropiada, la molécula
incrementa su contenido energético absorbiendo ese fotón. Se dice entonces que la
molécula pasó a un estado excitado. En este caso se dice que la materia ABSORBE
energía.
La molécula energizada se encuentra en un estado que no es estable en las condiciones
ambientales corrientes; por lo tanto tiende a regresar a la condición estable y para lógralo
emite un fotón con la energía que logró excitarla antes. A este fenómeno se le llama
EMISION.
La materia absorbe radiación de diversas regiones del espectro electromagnético. Pero
esas absorciones pueden originar diferentes tipos de interacciones entre la materia y la
radiación electromagnética.
Dependiendo del tipo de interacción se pueden analizar las transiciones electrónicas que
se pueden causar con la radiación ultravioleta o visible, y que son las empleleadas en la
espectrofotometría. La radiación infrarroja interactúa con los estados rotacionales y
vibracionales de las moléculas, casos que no son empleados en la espectrofotometría, ya
2
Espectrofotometria
que el tipo de energía que la materia puede absorber de la radiación electromagnética no
puede luego ser emitida en forma de fotones.
Caracteristicas Basicas de la Luz
Ya se dijo que la luz (fotones) es radiación electromagnética, y que hay una pequeña región
del espectro electromagnético en el que las radiaciones son visibles a ojo humano.
La luz blanca es en si, una mezcla de todas las longitudes de onda presente en el rango
visible del espectro electromagnético.
Cuando la luz incide en un objeto, la luz puede ser:
 Reflejada,
 Absorbida,
 Transmitida, o
 Difractada.
Un prisma es un objeto con propiedades física capaces de descomponer la luz blanca en
los varios colores que la componen. Y si algo de la luz es absorbida, la luz transmitida o
reflejada, tendrá los colores complementarios de la luz absorbida.
3
Espectrofotometria
APLICACIONES ANALITICAS
Un espectrofotómetro emplea un arreglo de prismas, espejos rendijas para seleccionar luz
con una longitud de onda deseada y dirigirla hacia el compartimiento de muestras y un
detector.
La función del detector es medir electrónicamente la intensidad de la luz que incide en el.
La muestra es colocada en la línea de paso del haz de luz, y el instrumento compara la
intensidad de la luz que logra atravesar la muestra (I) con la intensidad de luz que se detecta
sin la muestra (Io).
El efecto que se mide puede ser:
Transmittancia (T)
Representa el porcentaje de luz que pasa a través de la muestra. Es la relación entre la
intensidad de radiación transmitida por la muestra y la intensidad de radiación que incide
sobre la muestra, medidos ambos en la misma posición del espectro y con la misma
rendija. Se supone que el haz de radiación es paralela y que incide sobre las superficies
planas y paralelas de la muestra formando ángulos rectos para evitar el fenómeno de
distracción que podría desviar el haz del detector resultando en mediciones
equivocadas o erróneas
T = 100(I/Io)
Absorbancia (Abs)
Representando la cantidad de luz que es absorbida por la muestra. Es el logaritmo en
base diez del reciproco de la transmitancia, en el que el disolvente puro es el material
de referencia.
Abs = - log10(T/100) = log10(Io/I)
4
Espectrofotometria
LEYES DE LA ESPECTROFOTOMETRIA
En las siguientes figuras tenemos un ejemplo de transmitancía y absorbancia, en el cual
suponemos que cada película azul transmite el 70% de la luz que le incide.
Figura 1. Como no hay ninguna película en el paso de haz de luz que absorba radiación,
entonces el detector da una lectura de T=100% y Abs=0
Figura 2. Una única película esta en el paso del haz de luz, y su transmitancia es del 70%,
entonces:
I/Io = 0.70
;
T = 70%
;
Abs = - log10(0.70) = 0.155
Figura 3. La segunda película transmite el 70% de la luz que recibe, o 49% (0.70 x 70%) de
la luz original:
I/Io = 0.49
;
T = 49%
;
Abs = - log10(0.49) = 0.310
Figura 3. La tercera película transmite el 70% de la luz que recibe, o 34.3 % (0.70 x 49%)
de la luz original:
I/Io = 0.343
;
T = 34.3%
;
Abs = - log10(0.343) = 0.465
Se puede concluir que la absorbancia es proporcional al número de películas de material
coloreado teniendo en cuenta que cada una de las películas tiene un espesor constante en
cada una de ellas. Eso es precisamente lo que estipula lea ley de Lamber:
5
Espectrofotometria
Ley de Lambert
La absorbancia es directamente proporcional lo delgado o largo de la trayectoria del
haz
de
luz
a
través
del
material
absorbente.
Un espectrofotómetro es comúnmente usado para estudiar soluciones. Una solución
conteniendo un material absorbente es comparada con una solución de referencia del
mismo solvente pero sin materiales absorbentes. La transmitancia de la solución referencia
se ajusta al 100% (Abs=0), y luego la solución en cuestión es medida.
En el ejemplo anterior, la adición de una gota de colorante rojo a una de las cubetas reduce
la transmitancia a 70% (Abs=0.155). La adición de una gota a la segunda cubeta reduce la
transmitancia a 49% (Abs=0.310) duplicando la absorbancia como lo indica la ley de
Lambert, ya que la longitud que el haz atraviesa por el material colorido es ahora el doble
de la longitud inicial.
Sin embargo, si agregamos la segunda gota en la primer cubeta se obtiene exactamente el
mismo resultado que cuando fue agregada a la segunda cubeta. En este caso, la longitud
sigue siendo la misma inicial y final, pero la concentración de material colorante ha sido
duplicada, duplicando también la absorbancia. A ese efecto se le conoce como la Ley de
Beer:
6
Espectrofotometria
Ley de Beer
A longitud constante, la absorbancia es directamente proporcional a la concentración
del material absorbente.
Ambas leyes se combinan para formar:
Ley Lamber-Beer:
Abs = a x b x C
a:longitud de trayecto
b:concentración
C:coeficiente de absorción molar, que depende
de
la longitud de onda de la luz, del material absorbente
y del medio o solvente.
Esta ley es de propiedad aditiva en el caso que haya distinto materiales absorbentes:
Abs = a1b1C1 + a2b2C2 + . . .
7