Espectroscopía de Absorción Molecular Ultravioleta - Visible Análisis Instrumental QI-343

La espectroscopía de absorción UV - visible es una de las técnicas instrumentales más utilizadas en química analítica. Permite determinar la concentración de un compuesto en solución. Se basa en que las moléculas absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la concentración. Para hacer este tipo de medidas se emplea un espectrofotómetro, en el que se puede seleccionar la longitud de onda de la luz que pasa por una solución y medir la cantidad de luz absorbida por la misma.

Espectro Electromagnético: UV = 190 – 400 nm Visible = 400 – 800 nm En esta región del espectro la λ lleva asociada diferentes colores. Violeta: 400-420 nm Índigo: 420-440 nm Azul: 440 -490 nm Verde: 490-570 nm Amarillo: 570-585 nm Naranja: 585-620 nm Rojo: 620-780 nm:

Un analito molecular tiene la capacidad de absorber ciertas longitudes de onda características de la radiación electromagnética UV-Visible. En este proceso, la radiación es transferida temporalmente a la molécula y, como consecuencia, disminuye la intensidad de la radiación. Dicha disminución, debida a la absorción experimentada por el analito, puede ser cuantificada utilizando diversas magnitudes, siendo la Absorbancia, A, la más comúnmente utilizada en la espectrofotometría de UV-Vis.

Absorbancia = A = - log T = log P0 /P Atenuación de un haz de radiación por una especie absorbente contenida en la cubeta Cubeta Radiación incidente P0 b Radiación transmitida P Disolución de analito de concentración c Transmitancia = T = P/P0 Comúnmente se expresa como porcentaje de transmitancia = %T = P/P0 x100 Fracción de radiación que una sustancia deja pasar cuando la radiación electromagnética atraviesa la muestra. Es la atenuación de la intensidad de la radiación cuando ésta incide sobre una muestra. Absorbancia = A = - log T = log P0 /P

a: cte de proporcionalidad llamada absortividad Ley de Beer: muestra cómo la absorbancia es directamente proporcional a la longitud b de la trayectoria a través de la solución y a la concentración c del analito o especie absorbente. a: cte de proporcionalidad llamada absortividad (unidades L/cm·g, si c=g/L) b: longitud del camino que recorre la radiación a través del medio absorbente. c: concentración expresada en g/L Si la concentración c viene expresada en mol/L, la cte de proporcionalidad se denomina absortividad molar y se representa por  (unidades L/cm·mol). La absortividad molar, , es característica de cada especie a una λ determinada.

Espectros de absorción Un espectro de absorción es una representación gráfica de la absorbancia de un analito en función de la longitud de onda de la radiación λ. El máximo de absorbancia obtenido en el espectro de absorción de un analito, nos dará la longitud de onda que proporciona la mayor sensibilidad posible, y por tanto será la que se utilizará en el análisis espectrofotométrico de dicho analito. Absorbancia A λ nm λmax

Teoría del color Cuando la luz da sobre un objeto, parte del espectro visible se absorbe y la otra parte se refleja. Las partes que se reflejan se combinan para formar los colores que ven nuestros ojos. Si un objeto absorbe todos los colores del espectro, no se refleja nada de luz y lo vemos negro. Si todos los colores se reflejan, no hay ningún cambio en la luz blanca y vemos el objeto blanco. Se conocen los tres colores rojo, verde y azul como los colores primarios de la luz. Se puede obtener casi cualquier color que se quiera usando sólo estos tres colores.

Si absorbe aquí Se ve así En la región visible apreciamos el color visible de una solución y que corresponde a las longitudes de onda de luz que transmite, no que absorbe. El color que absorbe es el complementario del color que transmite. Por tanto, para realizar mediciones de absorción es necesario utilizar la longitud de onda en la que absorbe luz la solución coloreada. Si absorbe aquí Se ve así

Una disolución se observa de color azul cuando se ilumina con luz policromática, porque absorbe λ 580-620 nm (anaranjado) y transmite o deja pasar λ 440-470 nm (azul).

La absorción de radiación UV - Vis resulta de la excitación de los electrones de enlace; los picos de absorción pueden relacionarse con los tipos de enlace (identificación de grupos funcionales en una molécula). Sin embargo, la aplicación más importante es la determinación cuantitativa de compuestos que contienen grupos absorbentes.

Transiciones electrónicas entre niveles de energía moleculares Especies absorbentes Las especies absorbentes: moléculas orgánicas y aniones inorgánicos que tienen electrones: en orbitales moleculares σ en orbitales moleculares π en orbitales no enlazantes n. Tipos de transiciones electrónicas : Cuando absorben fotones de E adecuada se pueden dar 4 tipos de transiciones electrónicas: σ → σ * n→ σ * π → π* n→ π* * * n   Transiciones electrónicas entre niveles de energía moleculares

Absorción por los elementos de la 1era. y 2da Absorción por los elementos de la 1era. y 2da. serie de los metales de transición Los iones y complejos de los 18 elementos de la 1era. serie de los metales de transición tienden a absorber radiación visible en uno o en todos sus estados de oxidación. Transiciones de electrones entre los distintos niveles de energía de los orbitales d (3d en la 1era. serie y 4d en la 2da). Para las series de los lantánidos y actínidos, los procesos de absorción resultan de transiciones electrónicas de electrones 4f y 5f.

Componentes básicos de los espectrofotómetros Detector Dispositivo de lectura Fuente de energía radiante Cubeta muestra Selector de λ Luz compuesta Monocromador P0 P b Luz monocromática Fuente de radiación Detector Muestra

Fuente de energía radiante Características Continua. Estable. Intensa 300 500 700 900 Lámpara de Deuterio Tungsteno o Wolframio longitud de onda (nm) intensidad lumínica 1100 Para λ en el Visible Para λ en el Ultravioleta

Monocromadores Es un dispositivo óptico que permite, por medio de un mecanismo, seleccionar y transmitir una estrecha banda de longitudes de onda ya sean electromagnéticas o no a partir de una fuente emisora que produzca una amplia gama de longitudes de onda. Pueden ser : - Prismas - Red

Los componentes de un monocromador son: 1 Los componentes de un monocromador son: 1. Rendija de Entrada: Que permita el paso de la radiación policromática de la fuente. 2. Un colimador: Permite dirigir los rayos que emanan de la rendija de entrada de forma que los rayos provenientes de todas las posiciones de la rendija llegan al elemento de dispersión con el mismo ángulo. 3. Un medio de dispersión: Que puede ser un prisma o una rejilla. Es la parte más importante del monocromador. En los monocromadores conven- cionales se utiliza el  retículo   (rejilla) o el  prisma  como elemento de dispersión de la luz y se selecciona la longitud de onda deseada a través de una rendija estrecha. 4. Lentes: De enfoque o espejos. 5. Rendija de Salida: Determina la banda de paso en términos de la longitud de onda de la energía que alcanza el detector de la muestra.

Cubetas Características Transparente a la longitud de onda de trabajo Colocar con caras transparentes perpendiculares a la dirección del haz incidente Vidrio o plástico Cuarzo o Sílice Visible Ultravioleta

deben responder a un amplio rango de longitudes de onda Detectores Su función es convertir la respuesta del instrumento en una señal medible. Características deben responder a un amplio rango de longitudes de onda deben dar respuesta rápida deben ser sensibles a bajos niveles de radiación deben producir señal eléctrica fácilmente amplificable la señal debe ser proporcional a la potencia radiante Fototubos Fotomultiplicadores

Aplicaciones analíticas La espectrofotometría de absorción molecular se puede aplicar tanto al análisis cualititativo como cuantitativo. Análisis cualitativo: los espectros de la muestra se comparan con los de los correspondientes estándares, con el fin de identificar las bandas de absorción coincidentes. Este tipo de análisis es más frecuente en UV e IR para identificar compuestos orgánicos y rara vez se utiliza en visible. Análisis cuantitativo: está basado en la ley de Beer en el intervalo de concentraciones de cumplimiento de la ley. Se establece la curva de calibrado usando estándares y la absorbancia de la muestra de concentración desconocida se remite a la curva. Siempre que sea posible se debe medir la absorbancia a λmax. La más utilizada.

Calibración con patrones de concentración conocida A muestra A ( = 508 nm) Analito en la muestra